Des astronomes européens, codirigés par des chercheurs de l’Institut d’astronomie de la KU Leuven, ont utilisé des observations récentes réalisées avec le télescope spatial James Webb pour étudier l’atmosphère de l’exoplanète voisine WASP-107b. En scrutant profondément l’atmosphère pelucheuse de WASP-107b, ils ont découvert non seulement de la vapeur d’eau et du dioxyde de soufre, mais même des nuages de sable silicaté. Ces particules résident dans une atmosphère dynamique qui présente un transport vigoureux de matière.
Les astronomes du monde entier exploitent les capacités avancées de l’instrument MIRI (Infrarouge moyen) à bord du télescope spatial James Webb (JWST) pour effectuer des observations révolutionnaires d’exoplanètes, c’est-à-dire des planètes en orbite autour d’étoiles autres que notre propre Soleil. L’un de ces mondes fascinants est WASP-107b, une exoplanète gazeuse distinctive qui orbite autour d’une étoile légèrement additionally froide et moins massive que notre Soleil. La masse de la planète est similaire à celle de Neptune mais sa taille est bien in addition grande que celle de Neptune, se rapprochant presque de la taille de Jupiter.
Cette caractéristique rend WASP-107b plutôt « duveteuse » par rapport aux planètes géantes gazeuses de notre système solaire. Le caractère moelleux de cette exoplanète permet aux astronomes d’observer son atmosphère approximativement 50 fois in addition profondément que la profondeur d’exploration obtenue pour un géant du système solaire comme Jupiter.
L’équipe d’astronomes européens a pleinement profité du caractère remarquablement moelleux de cette exoplanète, leur permettant d’observer en profondeur son atmosphère.
Cette opportunité a ouvert une fenêtre sur la composition chimique complexe de son atmosphère. La raison en est assez basic : les signaux, ou caractéristiques spectrales, sont bien additionally visibles dans une atmosphère moins dense que dans une atmosphère as well as compacte. Leur étude récente, maintenant publiée dans Mother nature, révèle la présence de vapeur d’eau, de dioxyde de soufre (SO2) et de nuages de silicate, mais surtout aucune trace de méthane (CH4), un gaz à effet de serre.
Une ambiance dynamique
Ces détections fournissent des informations cruciales sur la dynamique et la chimie de cette exoplanète captivante. Premièrement, l’absence de méthane laisse présager un intérieur potentiellement chaud, offrant un aperçu alléchant du mouvement de l’énergie thermique dans l’atmosphère de la planète. Deuxièmement, la découverte de dioxyde de soufre (connu pour son odeur d’allumettes brûlées) a été une surprise majeure.
Les modèles précédents avaient prédit son absence, mais de nouveaux modèles climatiques de l’atmosphère de WASP-107b montrent désormais que le caractère duveteux même de WASP-107b s’adapte à la development de dioxyde de soufre dans son atmosphère. Même si son étoile hôte émet une fraction relativement faible de photons de haute énergie en raison de sa mother nature furthermore froide, ces photons peuvent pénétrer profondément dans l’atmosphère de la planète grâce à sa mother nature duveteuse. Cela permet aux réactions chimiques nécessaires à la production de dioxyde de soufre de se produire.
Mais ce n’est pas tout ce qu’ils ont observé. Les caractéristiques spectrales du dioxyde de soufre et de la vapeur d’eau sont considérablement réduites par rapport à ce qu’elles seraient dans un scénario sans nuages. Les nuages de haute altitude masquent partiellement la vapeur d’eau et le dioxyde de soufre présents dans l’atmosphère.
Bien que des nuages aient été déduits sur d’autres exoplanètes, c’est la première fois que les astronomes peuvent identifier de manière définitive la composition chimique de ces nuages. Dans ce cas, les nuages sont constitués de petites particules de silicate, une material familière aux humains que l’on retrouve dans de nombreuses régions du monde comme constituant principal du sable.
« JWST révolutionne la caractérisation des exoplanètes, en fournissant des informations sans précédent à une vitesse remarquable », déclare l’auteur principal, le professeur Leen Decin de la KU Leuven.
« La découverte de nuages de sable, d’eau et de dioxyde de soufre sur cette exoplanète pelucheuse par l’instrument MIRI de JWST constitue une étape cruciale. Elle remodèle notre compréhension de la formation et de l’évolution des planètes, apportant un nouvel éclairage sur notre propre système solaire. »
Contrairement à l’atmosphère terrestre, où l’eau gèle à basse température, sur les planètes gazeuses atteignant des températures autour de 1 000 degrés Celsius, les particules de silicate peuvent geler pour former des nuages.
Cependant, dans le cas de WASP-107b, avec une température d’environ 500 degrés Celsius dans l’atmosphère extérieure, les modèles traditionnels prédisaient que ces nuages de silicate devraient se former in addition profondément dans l’atmosphère, où les températures sont considérablement additionally élevées. De as well as, les nuages de sable situés en hauteur dans l’atmosphère tombent en pluie. Remark est-il alors possible que ces nuages de sable existent à haute altitude et continuent à perdurer ?
Selon l’auteur principal, le Dr Michiel Min : « Le fait que nous voyons ces nuages de sable en hauteur dans l’atmosphère doit signifier que les gouttelettes de pluie de sable s’évaporent dans des couches in addition profondes et très chaudes et que la vapeur de silicate qui en résulte est efficacement remontée vers le haut, où elles se recondenser pour previous à nouveau des nuages de silicate.
Ceci est très similaire au cycle de la vapeur d’eau et des nuages sur notre propre Terre, mais avec des gouttelettes constituées de sable. Ce cycle continu de sublimation et de condensation par transportation vertical est responsable de la présence long lasting de nuages de sable dans l’atmosphère de WASP-107b.
Cette recherche pionnière fulfilled non seulement en lumière le monde exotique de WASP-107b, mais repousse également les limites de notre compréhension des atmosphères exoplanétaires.
Il marque une étape importante dans l’exploration exoplanétaire, révélant l’interaction complexe des produits chimiques et des conditions climatiques sur ces mondes lointains.
« JWST permet une caractérisation atmosphérique profonde d’une exoplanète qui n’a pas d’équivalent dans notre système solaire, nous découvrons de nouveaux mondes ! « , déclare le Dr Achrène Dyrek, auteur principal du CEA Paris.
Conception et développement de l’instrument MIRI
Grâce au financement de la politique scientifique fédérale belge BELSPO by using le programme ESA PRODEX, des ingénieurs et scientifiques belges ont joué un rôle clé dans la conception et le développement de l’instrument MIRI, notamment le Centre Spatial de Liège (CSL), Thales Alenia Place (Charleroi ) et OIP Sensor Devices (Audenarde).
À l’Institut d’astronomie de la KU Leuven, les scientifiques de l’instrument ont testé l’instrument MIRI de manière approfondie dans des chambres d’essai spéciales simulant l’environnement spatial dans des laboratoires du Royaume-Uni, dans les centres Goddard et Johnson Room de la NASA.
« Avec des collègues en Europe et aux États-Unis, nous construisons et testons l’instrument MIRI depuis près de 20 ans. C’est gratifiant de voir notre instrument dévoiler l’atmosphère de cette exoplanète intrigante », déclare le spécialiste des devices, le Dr Bart Vandenbussche de la KU Leuven.
Cette étude blend les résultats de plusieurs analyses indépendantes des observations JWST et représente les années de travail investies non seulement dans la design de l’instrument MIRI mais également dans les outils d’étalonnage et d’analyse des données d’observation acquises avec MIRI », déclare le Dr Jeroen Bouwman. du Max-Planck-Institut d’Astronomie, Allemagne.
Plus d’information
- Ces observations ont été réalisées dans le cadre du programme d’observation du temps garanti 1280
- Le télescope spatial James Webb est le leading observatoire scientifique spatial au monde.
Webb résout les mystères de notre système solaire, regarde au-delà des mondes lointains autour d’autres étoiles et sonde les constructions et origines mystérieuses de notre univers et la location que nous y occupons. Webb est un programme global dirigé par la NASA avec ses partenaires, l’ESA (Agence spatiale européenne) et l’Agence spatiale canadienne
- L’équipe du consortium européen est composée de 46 astronomes issus de 29 instituts de recherche répartis dans 12 pays. De la KU Leuven, l’équipe comprend Leen Decin, Thomas Konings, Bart Vandenbussche, Ioannis Argyriou et Linus Heinke
