Webb de la NASA détecte du dioxyde de carbone dans l’atmosphère d’une exoplanète

WASP-39 b est une géante de gaz chaud avec une masse d’environ un quart de celle de Jupiter (à peu près la même que celle de Saturne) et un diamètre 1,3 fois plus grand que Jupiter. Son gonflement extrême est lié en partie à sa température élevée (environ 1 600 degrés Fahrenheit ou 900 degrés Celsius). Contrairement aux géantes gazeuses plus froides et plus compactes de notre système solaire, WASP-39 b orbite très près de son étoile – seulement environ un huitième de la distance entre le Soleil et Mercure – complétant un circuit en un peu plus de quatre jours terrestres. La découverte de la planète, rapportée en 2011, a été faite sur la base de détections au sol de l’atténuation subtile et périodique de la lumière de son étoile hôte lorsque la planète transite ou passe devant l’étoile.

Les observations précédentes d’autres télescopes, y compris les télescopes spatiaux Hubble et Spitzer de la NASA, ont révélé la présence de vapeur d’eau, de sodium et de potassium dans l’atmosphère de la planète. La sensibilité infrarouge inégalée de Webb a également confirmé la présence de dioxyde de carbone sur cette planète.

Lumière des étoiles filtrée

Les planètes en transit comme WASP-39 b, dont nous observons les orbites par le bord plutôt que par le haut, peuvent fournir aux chercheurs des opportunités idéales pour sonder les atmosphères planétaires.

Lors d’un transit, une partie de la lumière des étoiles est complètement éclipsée par la planète (provoquant la gradation globale) et une partie est transmise à travers l’atmosphère de la planète.

Étant donné que différents gaz absorbent différentes combinaisons de couleurs, les chercheurs peuvent analyser de petites différences de luminosité de la lumière transmise sur un spectre de longueurs d’onde pour déterminer exactement de quoi est faite une atmosphère. Avec sa combinaison d’atmosphère gonflée et de transits fréquents, WASP-39 b est une cible idéale pour la spectroscopie en transmission.

Première détection claire du dioxyde de carbone

L’équipe de recherche a utilisé le spectrographe proche infrarouge de Webb (NIRSpec) pour ses observations de WASP-39b. Dans le spectre résultant de l’atmosphère de l’exoplanète, une petite colline entre 4,1 et 4,6 microns présente la première preuve claire et détaillée de dioxyde de carbone jamais détectée sur une planète en dehors du système solaire.

“Dès que les données sont apparues sur mon écran, l’énorme fonction de dioxyde de carbone m’a saisi”, a déclaré Zafar Rustamkulov, étudiant diplômé de l’Université Johns Hopkins et membre de l’équipe JWST Transiting Exoplanet Community Early Release Science, qui a entrepris cette enquête. “Ce fut un moment spécial, franchissant un seuil important dans les sciences des exoplanètes.”

Aucun observatoire n’a jamais mesuré des différences aussi subtiles dans la luminosité de tant de couleurs individuelles dans la gamme de 3 à 5,5 microns dans un spectre de transmission d’exoplanète auparavant. L’accès à cette partie du spectre est crucial pour mesurer l’abondance de gaz comme l’eau et le méthane, ainsi que le dioxyde de carbone, dont on pense qu’ils existent dans de nombreux types d’exoplanètes.

“La détection d’un signal aussi clair de dioxyde de carbone sur WASP-39 b est de bon augure pour la détection d’atmosphères sur des planètes plus petites de taille terrestre”, a déclaré Natalie Batalha de l’Université de Californie à Santa Cruz, qui dirige l’équipe.

Comprendre la composition de l’atmosphère d’une planète est important car cela nous apprend quelque chose sur l’origine de la planète et son évolution. “Les molécules de dioxyde de carbone sont des traceurs sensibles de l’histoire de la formation des planètes”, a déclaré Mike Line de l’Arizona State University, un autre membre de cette équipe de recherche. “En mesurant cette caractéristique de dioxyde de carbone, nous pouvons déterminer la quantité de matière solide par rapport à la quantité de matière gazeuse qui a été utilisée pour former cette planète géante gazeuse. Au cours de la prochaine décennie, JWST effectuera cette mesure pour une variété de planètes, donnant un aperçu des détails de comment les planètes se forment et le caractère unique de notre propre système solaire.”

Science de la publication anticipée

Cette observation de prisme NIRSpec de WASP-39 b n’est qu’une partie d’une enquête plus vaste qui comprend des observations de la planète à l’aide de plusieurs instruments Webb, ainsi que des observations de deux autres planètes en transit. L’enquête, qui fait partie du programme Early Release Science, a été conçue pour fournir à la communauté de recherche sur les exoplanètes des données Webb solides dès que possible.

“L’objectif est d’analyser rapidement les observations de Early Release Science et de développer des outils open source que la communauté scientifique pourra utiliser”, a expliqué Vivien Parmentier, co-chercheur de l’Université d’Oxford. “Cela permet des contributions du monde entier et garantit que la meilleure science possible sortira des prochaines décennies d’observations.”

Natasha Batalha, co-auteur de l’article du centre de recherche Ames de la NASA, ajoute que “les principes directeurs de la science ouverte de la NASA sont centrés sur notre travail Early Release Science, soutenant un processus scientifique inclusif, transparent et collaboratif”.