Les astronomes ont analysé HAT-P-18b à l’aide du télescope spatial James Webb, révélant de la vapeur d’eau et du CO2 dans son atmosphère. Ils ont souligné les difficultés liées à la distinction entre les signaux atmosphériques et stellaires, suggérant que les taches stellaires influencent de manière significative l’interprétation des données. (Concept de l’artiste.) Crédit : Issues.fr.com
Les astronomes ont utilisé le JWST pour étudier l’atmosphère du exoplanète HAT-P-18 b, trouvant de la vapeur d’eau et du CO2 tout en mettant l’accent sur l’impact des caractéristiques de l’étoile hôte sur l’analyse des données.
Dirigée par des chercheurs de l’Institut Trottier de recherche sur les exoplanètes (iREx) de l’Université de Montréal, une équipe d’astronomes a exploité la puissance du télescope révolutionnaire James Webb Space Webb (JWST) pour étudier les « planètes chaudes ». Saturne» exoplanète HAT-P-18 b.
Leurs conclusions, publiées le mois dernier dans la revue Avis mensuels de la Royal Astronomical Societydressez un tableau complet de l’atmosphère du HAT-P-18 b tout en explorant le grand défi consistant à distinguer ses signaux atmosphériques de l’activité de son étoile.
HAT-P-18 b est situé à plus de 500 années-lumière avec une masse similaire à celle de Saturne mais une taille plus proche de celle de la plus grande planète. Jupiter. En conséquence, l’exoplanète possède une atmosphère « gonflée » particulièrement idéale pour l’analyse.
Une représentation artistique de l’exoplanète « chaude Saturne », HAT-P-18 b. Crédit : NASA/Eyes on Exoplanets
Passer au-dessus d’une étoile tachetée
Les observations du JWST ont été effectuées alors que le HAT-P-18 b passait devant son étoile semblable au Soleil. Ce moment est appelé transit et est crucial pour détecter et caractériser davantage une exoplanète située à des centaines d’années-lumière avec une précision surprenante.
Les astronomes n’observent pas la lumière émise directement par la planète lointaine. Ils étudient plutôt comment la lumière de l’étoile centrale est bloquée et affectée par la planète en orbite autour d’elle, et doivent donc essayer de démêler les signaux provoqués par la présence de la planète de ceux provoqués par les propres propriétés de l’étoile.
La courbe de lumière montre la luminosité ou l’éclat de l’étoile au fil du temps. Lorsque l’exoplanète passe au-dessus de l’étoile, ce que l’on appelle un transit, une partie de la lumière de l’étoile est bloquée par l’exoplanète. En conséquence, la luminosité de l’étoile diminue. Lorsqu’une tache stellaire est occultée à la surface de l’étoile ou lorsque l’exoplanète passe au-dessus de la tache sombre, les astronomes peuvent voir un signal dans la courbe de lumière sous la forme d’une petite bosse au bas de la courbe de lumière de transit. Voir l’animation complète de cette infographie ci-dessous. Crédit : B. Gougeon/Université de Montréal
Tout comme notre Soleil, les étoiles n’ont pas de surface uniforme. Ils peuvent avoir des taches d’étoiles sombres et des régions lumineuses, qui peuvent créer des signaux imitant les attributs atmosphériques d’une planète. Une étude récente de l’exoplanète TRAPPIST-1 b et de son étoile TRAPPIST-1 dirigée par Olivia Lim, doctorante à l’UdeM, a été témoin d’une éruption, ou éruption, à la surface de l’étoile, ce qui a affecté les observations.
Dans le cas de la planète HAT-P-18 b, Webb a capturé l’exoplanète alors qu’elle passait au-dessus d’une tache sombre sur son étoile, HAT-P-18. C’est ce qu’on appelle un événement de croisement ponctuel, et son effet était évident dans les données collectées pour la nouvelle étude. L’équipe iREx a également signalé la présence de nombreuses autres taches stellaires à la surface de HAT-P-18 qui n’ont pas été masquées par l’exoplanète.
Pour déterminer avec précision la composition atmosphérique de l’exoplanète, les chercheurs ont dû modéliser simultanément l’atmosphère de la planète ainsi que les particularités de son étoile. Dans leur étude, ils soulignent qu’une telle prise en compte sera cruciale pour traiter les futures observations d’exoplanètes via Webb afin d’exploiter pleinement leur potentiel.
« Nous avons constaté que la prise en compte de la contamination stellaire implique l’existence de taches et de nuages au lieu de brume et récupère une abondance de vapeur d’eau presque d’un ordre de grandeur inférieure », a déclaré l’auteur principal Marylou Fournier-Tondreau.
« Donc, considérer l’étoile hôte du système fait une grande différence », a ajouté Fournier-Tondreau, qui a effectué le travail en tant qu’étudiant à la maîtrise à l’iREx et qui poursuit maintenant un doctorat. au Université d’Oxford.
« C’est en fait la première fois que nous dissocions clairement la signature des brumes par rapport aux taches stellaires, grâce à l’instrument canadien NIRISS (Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph), qui offre une couverture de longueur d’onde plus large s’étendant dans le domaine de la lumière visible. »
H2O, CO2 et nuages dans une atmosphère chaude
Après avoir modélisé l’exoplanète et l’étoile dans le système HAT-P-18, les astronomes de l’iREx ont réalisé une dissection minutieuse de la composition atmosphérique de HAT-P-18 b. En inspectant la lumière qui filtre à travers l’atmosphère de l’exoplanète lorsqu’elle transite par son étoile hôte, les chercheurs ont discerné la présence de vapeur d’eau (H2O) et de dioxyde de carbone (CO2).
Les chercheurs ont également détecté la présence possible de sodium et observé des signes évidents d’une formation de nuages dans l’atmosphère du HAT-P-18 b, ce qui semble étouffer les signaux de nombreuses molécules qui s’y trouvent. Ils ont également conclu que la surface de l’étoile était recouverte de nombreuses taches sombres pouvant influencer de manière significative l’interprétation des données.
Une analyse antérieure des mêmes données JWST menée par une équipe de l’Université Johns Hopkins avait également révélé une détection claire d’eau et de CO2, mais avait également signalé la détection de petites particules à haute altitude appelées brumes et trouvé des indices de méthane (CH4). Les astronomes de l’iREx dressent un tableau différent.
La détection de CH4 n’a pas été confirmée et l’abondance d’eau déterminée était 10 fois inférieure à celle trouvée précédemment. Ils ont également découvert que la détection de brumes dans l’étude précédente pourrait plutôt être causée par des taches d’étoiles à la surface de l’étoile, soulignant l’importance de prendre en compte l’étoile dans l’analyse.
L’exoplanète pourrait-elle abriter la vie ? Pas probable. Alors que des molécules comme l’eau, le dioxyde de carbone et le méthane peuvent être interprétées comme des biosignatures ou des signes de vie, dans certains rapports ou en combinaison avec d’autres molécules, les températures torrides de HAT-P-18 b, proches de 600 degrés Celsius ne présagent rien de bon pour l’habitabilité de la planète.
Les futures observations d’un autre instrument du JWST, le spectrographe proche infrarouge (NIRSpec), promettent d’aider à affiner les résultats de l’équipe, comme la détection du CO2, et de jeter encore plus de lumière sur les subtilités de cette exoplanète chaude de Saturne.
