Le télescope spatial James Webb détecte de la vapeur d’eau autour d’une planète extraterrestre. Mais d’où vient-il ?
Nous pourrions être sur le point de faire une percée majeure dans la recherche d’autres mondes qui pourraient soutenir la vie.
Les astronomes ont utilisé le télescope spatial James Webb (JWST) pour observer la vapeur d’eau autour d’une planète rocheuse lointaine. La vapeur d’eau pourrait indiquer la présence d’une atmosphère autour de la planète extrasolaire, ou exoplanète, une découverte qui pourrait être importante pour notre recherche de mondes habitables en dehors du système solaire. Cependant, les scientifiques à l’origine de la découverte avertissent que cette vapeur d’eau pourrait provenir de l’étoile hôte du monde plutôt que de la planète elle-même.
« La vapeur d’eau dans une atmosphère sur une planète rocheuse chaude représenterait une percée majeure pour la science des exoplanètes », a déclaré Kevin Stevenson, chercheur principal à l’origine des découvertes et chercheur au Laboratoire de physique appliquée de l’Université Johns Hopkins, dans un communiqué. (s’ouvre dans un nouvel onglet). « Mais nous devons être prudents et nous assurer que la star n’est pas le coupable. »
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L’exoplanète, désignée GJ 486 b, orbite autour d’une étoile naine rouge située à 26 années-lumière dans la constellation de la Vierge. Bien qu’il ait trois fois la masse de la Terre, il fait moins du tiers de la taille de notre planète. GJ 486 b met moins de 1,5 jour terrestre pour orbiter autour de son étoile et est probablement verrouillé par la marée à la naine rouge, ce qui signifie qu’il montre perpétuellement le même visage à son étoile.
Les naines rouges comme l’étoile mère de GJ 486 b sont la forme d’étoiles la plus courante dans le cosmos, ce qui signifie que, statistiquement parlant, les exoplanètes rocheuses sont les plus susceptibles d’être trouvées en orbite autour d’un tel objet stellaire.
Les étoiles naines rouges sont également plus froides que les autres types d’étoiles, ce qui signifie qu’une planète doit leur orbiter étroitement pour rester suffisamment chaude pour contenir de l’eau liquide, un élément vital nécessaire à la vie. Mais, les naines rouges émettent également des rayonnements ultraviolets et X violents et puissants lorsqu’elles sont jeunes, ce qui ferait exploser les atmosphères de planètes trop proches, rendant potentiellement ces exoplanètes très inhospitalières à la vie.
Cela signifie que les astronomes souhaitent actuellement découvrir si une planète rocheuse dans un environnement aussi hostile pourrait réussir à la fois à former une atmosphère et à s’y accrocher assez longtemps pour que la vie s’installe, un processus qui a pris environ un milliard d’années sur Terre.
Pour tenter de répondre à cette question, l’équipe a pointé le JWST et ses Spectrographe proche infrarouge (NIRSpec) vers GJ 486 b et a observé la planète alors qu’elle traversait, ou transitait, la face de son étoile. Malgré le fait que la planète soit extrêmement proche de son étoile et ait une température de 800 degrés Fahrenheit (430 degrés Celsius) la rendant défavorable à l’eau liquide, les astronomes ont découvert des traces de vapeur d’eau.
Le fait que GJ 486 b transite par son étoile de notre point de vue signifie que lorsqu’elle est devant la naine rouge, la lumière des étoiles brille à travers l’atmosphère de l’exoplanète. Différents éléments et composés chimiques absorbent et émettent différentes longueurs d’onde de lumière qui permettent de les identifier, ce qui signifie que regarder la lumière émanant de la planète lors d’un voyage autour de son étoile peut révéler de quoi est faite son atmosphère potentielle. La recherche de ces empreintes chimiques dans la lumière des étoiles filtrée par l’atmosphère est appelée « spectroscopie de transmission ».
Les astronomes ont observé GJ 486 b avec le JWST pendant deux transits, dont chacun n’a duré qu’une heure. Ils ont ensuite analysé les données collectées à l’aide de trois méthodes distantes qui ont montré le même schéma – un spectre plat avec un pic intéressant dans la lumière infrarouge à ondes courtes. Ils ont déterminé que la cause la plus probable de ce pic était la vapeur d’eau.
« Nous voyons un signal et il est presque certainement dû à l’eau », a déclaré Sarah Moran, auteure principale de la recherche et astronome de l’Université de l’Arizona. « Mais nous ne pouvons pas encore dire si cette eau fait partie de l’atmosphère de la planète, ce qui signifie que la planète a une atmosphère, ou si nous voyons simplement une signature d’eau provenant de l’étoile. »
La vapeur d’eau a déjà été vue dans les taches stellaires, que nous appelons les taches solaires sur notre propre étoile, le soleil. Ces taches sont des régions d’étoiles plus sombres et plus froides qui se forment lorsque de fortes concentrations du champ magnétique au plus profond d’une étoile sont amenées à sa surface. Ces régions peuvent former des perturbations telles que des éruptions solaires ou des éjections de masse coronale (CME).
Même si l’étoile hôte de GJ 486 b est plus froide que le soleil, la vapeur d’eau pourrait encore se concentrer dans les taches stellaires. Si tel est le cas, cela pourrait créer un signal qui imite une atmosphère planétaire.
« Nous n’avons observé aucune preuve que la planète traversait des points stellaires pendant les transits. Mais cela ne signifie pas qu’il n’y a pas de points ailleurs sur l’étoile », a déclaré le co-auteur de la recherche et scientifique de l’Université du Michigan, Ryan MacDonald, dans le communiqué. . « Et c’est exactement le scénario physique qui imprimerait ce signal d’eau dans les données et pourrait finir par ressembler à une atmosphère planétaire. »
S’il y a une atmosphère autour de GJ 486 b, le rayonnement de son étoile mère naine rouge l’érodera constamment, ce qui signifie qu’elle doit être reconstituée par la vapeur de l’intérieur de l’exoplanète éjectée par l’activité volcanique.
Pour déterminer si cette vapeur d’eau provient d’une atmosphère autour de cette exoplanète et la quantité d’eau présente, les astronomes devront observer davantage GJ 486 b et son étoile. Pour ce faire, l’instrument à infrarouge moyen (MIRI) du JWST examinera le système, en se concentrant sur le « côté jour » orienté en permanence vers les étoiles de la planète.
Si GJ 486 b avait une atmosphère mince ou pas d’atmosphère du tout, alors la région la plus chaude de son côté jour devrait être directement sous l’étoile naine rouge. Cependant, si ce point le plus chaud est décalé, cela pourrait indiquer la présence d’une atmosphère suffisamment épaisse pour faire circuler la chaleur.
L’enquête continue du JWST sur cette planète intégrera également un autre instrument à bord du puissant télescope spatial, l’imageur dans le proche infrarouge et le spectrographe sans fente (NIRISS).
« C’est la réunion de plusieurs instruments qui déterminera vraiment si cette planète a ou non une atmosphère », a conclu Stevenson.
Les recherches de l’équipe ont été acceptées pour publication dans Astrophysical Journal Letters. Une version pré-imprimée est disponible sur arXiv.org (s’ouvre dans un nouvel onglet).
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