Ce concept d'artiste montre à quoi pourrait ressembler l'exoplanète WASP-39 b, d'après les observations indirectes de transit effectuées par le télescope spatial James Webb de la NASA ainsi que par d'autres télescopes spatiaux et terrestres. Crédits : NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)
Le Télescope spatial James Webb a fourni une analyse détaillée de WASP-39b, un exoplanète présentant des conditions atmosphériques différentes sur ses faces matinale et vespérale, avec une matinée plus nuageuse et plus fraîche par rapport à une soirée plus chaude.
Les différentes conditions atmosphériques des faces « matin » et « soir » d'une planète lointaine ont été révélées par le télescope spatial James Webb (JWST).
Les atmosphères des exoplanètes – des planètes situées en dehors de notre système solaire – sont mesurées depuis un certain temps à l’aide de puissants télescopes. Cependant, l’atmosphère a toujours été considérée comme étant la même sur toute la planète.
Phénomènes atmosphériques uniques sur WASP-39b
La nouvelle analyse, publiée le 15 juillet dans Naturese concentre sur une planète dotée d'une atmosphère extraordinaire, révélant des côtés distincts « matin » et « soir » de la planète. L'étude, dirigée par Institut des sciences du télescope spatial et analysé en partie par un collège impérial de Londres chercheur, révèle un côté matin plus nuageux que le côté soir.
La planète géante, nommée WASP-39b, a un rayon plus grand que Jupitermais avec une masse similaire à Saturne et orbite autour d'une étoile située à environ 700 années-lumière de la Terre. Elle est également très proche de son étoile, ce qui fait que sa température de surface quotidienne maximale dépasse 1000°C (1800°F), ce qui signifie qu'elle effectue une rotation « journalière » dans le même temps qu'il lui faut pour effectuer une orbite complète.
Blocage des marées et variations de température
Cela signifie également que la planète est « verrouillée par les marées » : le même côté de la planète est toujours tourné vers son étoile, de la même manière que le même côté de la Lune est toujours tourné vers la Terre. Cela crée un côté « jour » constant et un côté « nuit » constant de la planète, mais aussi, et c'est crucial, entre les deux, il y a un côté « matin » et un côté « soir ».
Le Dr James Kirk, du département de physique de l'Imperial College de Londres, a déclaré : « Il n'existe aucune planète de ce type dans notre système solaire, mais la plupart des planètes que nous observons en orbite autour d'étoiles lointaines sont plus proches, avec des orbites courtes, comme WASP-39b. Nous avons désormais pu tester nos théories sur ces planètes et, pour la première fois, mesurer directement les faces matin et soir d'une exoplanète sur une large gamme de longueurs d'onde. »
Néstor Espinoza, chercheur en exoplanètes au Space Telescope Science Institute et auteur principal de l'étude, a commenté : « Cette analyse est également particulièrement intéressante car elle permet d'obtenir des informations en 3D sur la planète que nous n'avions pas auparavant. Comme nous pouvons voir que le bord du soir est plus chaud, cela signifie qu'il est un peu plus gonflé. Donc, théoriquement, il y a une petite houle au niveau du terminateur qui s'approche du côté nocturne de la planète. »
Méthodologie et résultats de la recherche
Les scientifiques découvrent des informations sur l'atmosphère des exoplanètes en mesurant la lumière reçue lorsque la planète passe devant son étoile. Ce faisant, la lumière de l'étoile est modifiée en filtrant à travers l'atmosphère de la planète. Ces changements sont détectés par les instruments du télescope spatial James Webb, avec des signatures spécifiques révélant différentes molécules dans l'atmosphère.
Cette technique suppose toutefois que l’atmosphère de la planète est globalement la même sur toute sa surface.
Sur WASP-39b, le côté jour, toujours tourné vers l'étoile, est beaucoup plus chaud que le côté nuit. En raison de la rotation de la planète, cette énorme différence de température est censée créer un vent fort à l'équateur se déplaçant dans une seule direction. C'est ce qui crée le côté « matin » – où le vent nocturne plus frais se propage vers le côté jour ; et le côté « soir » – où le vent chaud du jour se propage vers le côté nuit. Les données révèlent que le soir est nettement plus chaud, avec une température brûlante de 800 °C (1 500 °F), et le matin, une température relativement plus fraîche de 600 °C (1 100 °F).
La formation des nuages dépend de la température. L'équipe s'attendait donc à ce que les nuages du matin et du soir soient plus ou moins nuageux. Elle a utilisé plusieurs méthodes d'analyse des données du JWST pour vérifier cette hypothèse et a constaté que le matin était plus nuageux que le soir, comme prévu.
Analyses de correspondance
Le Dr Kirk a développé une des techniques d'analyse qui se concentrait uniquement sur la lumière reçue au début et à la fin du passage de la planète sur la surface de l'étoile. Comme seuls les bords de la planète « touchent » le disque de l'étoile à ces moments-là, la lumière de l'étoile ne serait filtrée que par les côtés matinal ou vespéral de l'atmosphère, respectivement.
Les résultats de l’analyse du Dr Kirk concordent bien avec d’autres analyses réalisées par d’autres membres de l’équipe, qui comprenait des chercheurs des États-Unis et d’Europe.
L’équipe souhaite désormais étendre son analyse aux données d’autres instruments à bord du JWST. Le télescope embarque des instruments capables d’analyser la lumière dans une gamme de longueurs d’onde – du visible à l’infrarouge – ce qui pourrait révéler davantage de détails sur les différences atmosphériques à WASP-39b.
Le Dr Kirk a déclaré : « Nous avons maintenant démontré la faisabilité de cette méthode avec le JWST, et la précision du JWST est si immense qu'elle ouvre vraiment une nouvelle voie pour comprendre et mesurer la circulation atmosphérique des exoplanètes à laquelle nous étions jusqu'alors largement insensibles. »
Pour en savoir plus sur cette découverte :
Le voyage de Webb pour comprendre l'atmosphère étrange d'un monde lointain
