Webb de la NASA révèle l’atmosphère torride d’une planète lointaine avec des détails exquis

Le télescope spatial James Webb de la NASA a capturé une signature claire de l’eau et des preuves de nuages ​​et de brume dans l’atmosphère entourant une planète géante gazeuse chaude et gonflée en orbite autour d’une étoile lointaine semblable au Soleil.

L’observation, qui révèle la présence de molécules de gaz spécifiques sur la base de petites diminutions de couleurs précises de la lumière, est la plus détaillée du genre à ce jour, démontrant la capacité sans précédent de Webb à analyser des atmosphères à des centaines d’années-lumière.

Alors que le télescope spatial Hubble a analysé les atmosphères de nombreuses exoplanètes au cours des deux dernières décennies, capturant la première détection d’eau claire en 2013, l’observation immédiate et plus détaillée de Webb marque un pas de géant dans les efforts pour caractériser les planètes potentiellement habitables au-delà de la Terre.

WASP-96 b est l’une des plus de 5 000 exoplanètes confirmées dans la Voie lactée. Située à environ 1 150 années-lumière dans la constellation du Phénix dans le ciel austral, elle représente un type de géante gazeuse qui n’a pas d’équivalent direct dans notre système solaire. À la moitié de la masse de Jupiter et 1,2 fois le diamètre, WASP-96 b est beaucoup plus bombé que n’importe laquelle des planètes en orbite autour de notre Soleil. Et lorsque la température est supérieure à 1000 ° F, il fait nettement plus chaud. WASP-96 b orbite extrêmement près de son étoile semblable au Soleil, à seulement un neuvième de la distance entre Mercure et le Soleil, faisant une révolution tous les 3½ jours terrestres.

La combinaison de sa grande taille, de sa courte période orbitale, de son atmosphère gonflée et de l’absence de lumière contaminante provenant d’objets proches dans le ciel fait de WASP-96 b une cible idéale pour les observations atmosphériques.

Le 21 juin, la caméra proche infrarouge et le spectrographe sans fente (NIRISS) de Webb ont mesuré la lumière du système WASP-96 pendant 6,4 heures alors que la planète se déplaçait à travers l’étoile. Le résultat est une courbe de lumière qui montre la gradation globale de la lumière des étoiles pendant le transit, et un spectre de transmission qui montre le changement de luminosité des longueurs d’onde individuelles de la lumière infrarouge entre 0,6 et 2,8 microns.

Alors que la courbe de lumière confirme les caractéristiques de la planète déjà établies par d’autres observations – l’existence, la taille et l’orbite de la planète – le spectre de transmission révèle des détails jusque-là cachés de l’atmosphère : caractéristiques indubitables de l’eau, caractéristiques de la brume et preuves de nuages ​​précédemment on pense qu’ils n’existent pas.

Le spectre de transmission est obtenu en comparant la lumière stellaire filtrée à travers l’atmosphère de la planète lorsqu’elle passe au-dessus de l’étoile avec la lumière stellaire non filtrée détectée lorsque la planète est à côté de l’étoile. Les scientifiques peuvent identifier et mesurer l’abondance des gaz clés dans l’atmosphère d’une planète en fonction du modèle d’absorption – l’emplacement et la hauteur des pics dans le graphique. Tout comme les humains ont des empreintes digitales et des séquences d’ADN distinctes, les atomes et les molécules ont des modèles distincts de longueurs d’onde qu’ils absorbent.

Le spectre de WASP-96 b capturé par NIRISS est non seulement le spectre proche infrarouge le plus détaillé de l’atmosphère d’une exoplanète jamais capturé, mais couvre également une gamme remarquablement large de longueurs d’onde, y compris la lumière rouge visible et une partie du spectre. qui n’était pas accessible auparavant depuis d’autres télescopes (avec des longueurs d’onde supérieures à 1,6 microns). Cette partie du spectre est particulièrement sensible à l’eau et à d’autres molécules clés telles que l’oxygène, le méthane et le dioxyde de carbone, qui ne sont pas immédiatement apparentes dans le spectre de WASP-96 b, mais devraient être détectables dans d’autres exoplanètes prévues pour l’observation de Webb. .

Les scientifiques peuvent utiliser le spectre pour mesurer la quantité de vapeur d’eau dans l’atmosphère, limiter l’abondance de divers éléments tels que le carbone et l’oxygène et estimer la température de l’atmosphère en profondeur. Ils peuvent ensuite utiliser ces informations pour faire des déductions sur la composition globale de la planète, ainsi que sur comment, quand et où elle s’est formée. La ligne bleue sur le graphique est le modèle le mieux ajusté qui prend en compte les données, les propriétés connues de WASP-96 b et de son étoile (par exemple, taille, masse, température) et les propriétés attendues de l’atmosphère.

Le détail et la clarté exceptionnels de ces mesures sont rendus possibles par la conception de pointe de Webb. Son miroir plaqué or de 270 pieds carrés capte efficacement la lumière infrarouge. Ses spectrographes de précision diffusent la lumière dans un arc-en-ciel de milliers de couleurs infrarouges. Et ses détecteurs infrarouges sensibles mesurent de très petites différences de luminosité. NIRISS peut détecter des différences de couleur d’environ un millième de micron seulement (la différence entre le vert et le jaune est d’environ 50 microns) et des différences de luminosité entre ces couleurs de quelques centaines de parties par million.

De plus, l’extrême stabilité de Webb et sa position orbitale autour du point de Lagrange 2, à environ un million de kilomètres de l’influence contaminante de l’atmosphère terrestre, garantissent une vue ininterrompue et des données propres qui peuvent être analysées relativement rapidement.

Le spectre extraordinairement détaillé – créé en analysant simultanément des spectres individuels capturés sur plus de 280 observations – ne donne qu’un aperçu de ce que Webb a en réserve pour la recherche sur les exoplanètes. L’année prochaine, les scientifiques utiliseront la spectroscopie pour analyser les surfaces et les atmosphères de dizaines d’exoplanètes, des petites planètes rocheuses aux géantes riches en gaz et en glace. Près d’un quart du temps d’observation du cycle 1 de Webb est consacré à l’étude des exoplanètes et des matériaux qui les composent.

Cette observation NIRISS démontre que Webb a la capacité de caractériser les atmosphères des exoplanètes, y compris les planètes potentiellement habitables, dans les moindres détails.

Le télescope spatial James Webb est le premier observatoire scientifique spatial au monde. Webb résout les mystères de notre système solaire, regarde au-delà des mondes lointains autour d’autres étoiles et explore les structures et les origines mystérieuses de notre univers et notre place dans celui-ci. Webb est un programme international géré par la NASA avec ses partenaires l’ESA (Agence spatiale européenne) et l’Agence spatiale canadienne.

Le siège de la NASA gère la mission de la direction des missions scientifiques de l’agence. Le Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, dans le Maryland, gère Webb et supervise les travaux du Space Telescope Science Institute de Northrop Grumman et d’autres partenaires de la mission. Outre Goddard, plusieurs centres de la NASA ont contribué au projet, dont le Johnson Space Center de l’agence à Houston, le Jet Propulsion Laboratory en Californie du Sud, le Marshall Space Flight Center à Huntsville, Alabama, le Ames Research Center dans la Silicon Valley, Californie, et d’autres.

Pour voir la gamme complète des premières images et spectres de Webb, y compris les téléchargements, visitez : https://webbtelescope.org/news/first-images.

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