L’instrument NIRISS sur Webb cartographie l’atmosphère ultra-chaude de Jupiter

Cartographier une exoplanète

Une équipe internationale d’astronomes a identifié de la vapeur d’eau dans l’atmosphère de l’exoplanète WASP-18 b et a dressé une carte des températures de la planète alors qu’elle se glissait derrière son étoile et réapparaissait. Cet événement est connu sous le nom d’éclipse secondaire. Les scientifiques peuvent lire la lumière combinée de l’étoile et de la planète, puis affiner les mesures à partir de l’étoile uniquement lorsque la planète se déplace derrière elle.

Le même côté, appelé côté jour, de WASP-18 b fait toujours face à son étoile, tout comme le même côté de la Lune fait toujours face à la Terre. C’est ce qu’on appelle le verrouillage des marées. La carte de température ou de luminosité de l’exoplanète montre un énorme changement de température – jusqu’à 1 000 degrés – du point le plus chaud face à l’étoile au terminateur, où les côtés jour et nuit de la planète verrouillée par les marées se rencontrent dans un crépuscule permanent .

” JWST nous donne la sensibilité nécessaire pour créer des cartes beaucoup plus détaillées de planètes géantes chaudes comme WASP-18 b que jamais auparavant. C’est la première fois qu’une planète est cartographiée avec JWST, et c’est vraiment excitant de voir qu’une partie de ce que nos modèles ont prédit, comme une forte baisse de température loin du point de la planète directement face à l’étoile, est réellement vue dans les données!” a déclaré Megan Mansfield, un Sagan Fellow à l’Université de l’Arizona, et l’un des auteurs de l’article décrivant les résultats.

L’équipe a cartographié les gradients de température du côté jour de la planète. Étant donné à quel point la planète est plus froide au terminateur, il y a probablement quelque chose qui empêche les vents de redistribuer efficacement la chaleur du côté nuit. Mais ce qui affecte les vents reste un mystère.

” La carte de luminosité de WASP-18 b montre un manque de vents est-ouest qui correspond le mieux aux modèles avec traînée atmosphérique. Une explication possible est que cette planète a un fort champ magnétique, ce qui serait une découverte passionnante ! », a déclaré le co-auteur Ryan Challener, de l’Université du Michigan.

Une interprétation de la carte des éclipses est que les effets magnétiques forcent les vents à souffler de l’équateur de la planète vers le haut au-dessus du pôle Nord et vers le bas au-dessus du pôle Sud, au lieu d’Est-Ouest, comme on s’y attendrait autrement.

Les chercheurs ont enregistré les changements de température à différentes altitudes des couches atmosphériques de la planète géante gazeuse. Ils ont vu les températures augmenter avec l’altitude, variant de plusieurs centaines de degrés.

Signes de vapeur d’eau

Le spectre de l’atmosphère de la planète montre clairement de multiples caractéristiques de l’eau petites mais mesurées avec précision, présentes malgré les températures extrêmes de près de 2 700 degrés Celsius. Il fait si chaud qu’il déchirerait la plupart des molécules d’eau, donc voir sa présence témoigne de l’extraordinaire sensibilité de Webb pour détecter l’eau restante. Les quantités enregistrées dans l’atmosphère de WASP-18 b indiquent que la vapeur d’eau est présente à différentes altitudes

“C’était une sensation formidable de regarder le spectre JWST de WASP-18 b pour la première fois et de voir la signature subtile mais précisément mesurée de l’eau”, a déclaré Louis-Philippe Coulombe, un Ph.D. étudiant à l’Université de Montréal, membre de l’Institut Trottier de recherche sur les exoplanètes (iREx) et auteur principal de l’article WASP-18 b. ”Avec ce genre de mesures, nous serons en mesure de détecter de telles molécules pour un large éventail de planètes dans les années à venir!”, a ajouté Björn Benneke, professeur à l’UdeM, membre de l’iREx et co-auteur de cet article. Benneke est titulaire d’un doctorat de Coulombe. également conseiller et dirige les efforts mondiaux pour étudier WASP-18 b depuis 2016.

Le travail de l’instrument NIRISS et des scientifiques en début de carrière

L’équipe d’astronomes a observé WASP-18 b pendant environ six heures à l’aide d’un des instruments de Webb, le Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS), fourni par l’Agence spatiale canadienne et plusieurs partenaires, dont l’Université de Montréal et l’iREx.

”Parce que les caractéristiques de l’eau dans ce spectre sont si subtiles, elles étaient difficiles à identifier dans les observations précédentes. Cela a rendu vraiment excitant de voir enfin les caractéristiques de l’eau avec ces observations JWST ”, a déclaré Anjali Piette, boursière postdoctorale à la Carnegie Institution for Science et l’un des auteurs de la nouvelle recherche.

Les observations de WASP-18 b ont été recueillies dans le cadre du programme scientifique de libération précoce de la communauté Exoplanet en transit dirigé par Natalie Batalha, une astronome de l’Université de Californie à Santa Cruz, qui a aidé à coordonner la nouvelle recherche et plus d’une centaine de chercheurs du équipe. Une grande partie de ce travail révolutionnaire est effectué par des scientifiques en début de carrière comme Coulombe, Challener, Piette et Mansfield.

La proximité, à la fois de son étoile et de nous, a contribué à faire de WASP-18 b une cible si intrigante pour ces scientifiques, tout comme sa grande masse. WASP-18 b est l’un des mondes les plus massifs dont nous pouvons étudier les atmosphères. Les astronomes s’efforcent de comprendre comment ces planètes se forment et arrivent là où elles se trouvent dans leurs systèmes. Cela aussi, a quelques premières réponses de Webb.

”En analysant le spectre de WASP-18 b, nous en apprenons non seulement sur les différentes molécules qui peuvent être trouvées dans son atmosphère, mais aussi sur la façon dont il s’est formé. Nous constatons d’après nos observations que la composition de WASP-18 b est très similaire à celle de son étoile, ce qui signifie qu’elle s’est très probablement formée à partir du gaz résiduel qui était présent juste après la naissance de l’étoile », a déclaré Coulombe. “Ces résultats sont très précieux pour obtenir une image claire de la façon dont des planètes étranges comme WASP-18 b, qui n’ont pas d’équivalent dans notre système solaire, ont pu exister.”