De nouveaux aperçus sur l’atmosphère et l’étoile d’une exoplanète

Non seulement la nouvelle recherche met en lumière la nature de TRAPPIST-1 b, l’exoplanète en orbite la plus proche de l’étoile du système, mais elle montre également l’importance des étoiles mères dans l’étude des exoplanètes.

Publié dans Lettres de journaux astrophysiquesles découvertes d’astronomes de l’Institut Trottier de recherche sur les exoplanètes (iREx) de l’UdeM et de collègues du Canada, du Royaume-Uni et des États-Unis mettent en lumière l’interaction complexe entre l’activité stellaire et les caractéristiques des exoplanètes.

Capté l’attention

TRAPPIST-1, une étoile beaucoup plus petite et plus froide que notre soleil située à environ 40 années-lumière de la Terre, a attiré l’attention des scientifiques et des passionnés de l’espace depuis la découverte de ses sept exoplanètes de la taille de la Terre il y a sept ans. Ces mondes, étroitement regroupés autour de leur étoile, dont trois dans sa zone habitable, ont alimenté l’espoir de trouver des environnements potentiellement habitables au-delà de notre système solaire.

Dirigés par Olivia Lim, doctorante à l’iREx, les chercheurs ont utilisé le puissant télescope spatial James Webb (JWST) pour observer TRAPPIST-1 b. Leurs observations ont été recueillies dans le cadre du plus grand programme d’observateurs généraux (GO) dirigé par le Canada au cours de la première année d’exploitation du JWST. (Ce programme comprenait également des observations de trois autres planètes du système, TRAPPIST-1 c, g et h.) TRAPPIST-1 b a été observée lors de deux transits — le moment où la planète passe devant son étoile — en utilisant le Instrument NIRISS de fabrication canadienne à bord du JWST.

“Ce sont les toutes premières observations spectroscopiques d’une planète TRAPPIST-1 obtenues par le JWST, et nous les attendons depuis des années”, a déclaré Lim, chercheur principal du programme GO.

Elle et ses collègues ont utilisé la technique de la spectroscopie de transmission pour approfondir le monde lointain. En analysant la lumière de l’étoile centrale après son passage dans l’atmosphère de l’exoplanète lors d’un transit, les astronomes peuvent voir l’empreinte unique laissée par les molécules et les atomes trouvés dans cette atmosphère.

“Juste un petit sous-ensemble”

“Il ne s’agit là que d’un petit sous-ensemble de nombreuses autres observations de ce système planétaire unique à venir et à analyser”, ajoute René Doyon, chercheur principal de l’instrument NIRISS et co-auteur de l’étude. “Ces premières observations mettent en évidence la puissance du NIRISS et du JWST en général pour sonder les fines atmosphères autour des planètes rocheuses.”

La principale découverte des astronomes était l’importance de l’activité stellaire et de la contamination lorsqu’on tente de déterminer la nature d’une exoplanète. La contamination stellaire fait référence à l’influence des caractéristiques propres de l’étoile, telles que les taches sombres et les facules lumineuses, sur les mesures de l’atmosphère de l’exoplanète.

L’équipe a trouvé des preuves irréfutables que la contamination stellaire joue un rôle crucial dans la formation du spectre de transmission de TRAPPIST-1 b et, probablement, des autres planètes du système. L’activité de l’étoile centrale peut créer des « signaux fantômes » qui peuvent tromper l’observateur en lui faisant croire qu’il a détecté une molécule particulière dans l’atmosphère de l’exoplanète.

Ce résultat souligne l’importance de prendre en compte la contamination stellaire lors de la planification des futures observations de tous les systèmes exoplanétaires, affirment les scientifiques. Cela est particulièrement vrai pour des systèmes comme TRAPPIST-1, puisque le système est centré autour d’une étoile naine rouge qui peut être particulièrement active avec des taches stellaires et des éruptions fréquentes.

“En plus de la contamination par les taches et les facules stellaires, nous avons observé une éruption stellaire, un événement imprévisible au cours duquel l’étoile semble plus brillante pendant plusieurs minutes ou heures”, a déclaré Lim. “Cette éruption a affecté notre mesure de la quantité de lumière bloquée par la planète. De telles signatures de l’activité stellaire sont difficiles à modéliser mais nous devons en tenir compte pour garantir que nous interprétons correctement les données.”

Une gamme de modèles explorés

Sur la base de leurs observations JWST collectées, Lim et son équipe ont exploré une gamme de modèles atmosphériques pour TRAPPIST-1 b, examinant diverses compositions et scénarios possibles.

Ils ont découvert qu’ils pouvaient exclure en toute confiance l’existence d’atmosphères riches en hydrogène et sans nuages ​​- en d’autres termes, il ne semble pas y avoir d’atmosphère claire et étendue autour de TRAPPIST-1 b. Cependant, les données ne pouvaient pas exclure avec certitude des atmosphères plus minces, telles que celles composées d’eau pure, de dioxyde de carbone ou de méthane, ni une atmosphère similaire à celle de Titan, une lune de Saturne et la seule lune du système solaire avec sa propre atmosphère. .

Ces résultats sont généralement cohérents avec les observations JWST précédentes (photométriques et non spectroscopiques) de TRAPPIST-1 b avec l’instrument MIRI. La nouvelle étude prouve également que l’instrument canadien NIRISS est un outil sensible et très performant, capable de sonder l’atmosphère d’exoplanètes de la taille de la Terre à des niveaux impressionnants.