Percer les secrets de la « chaude Saturne » et de son étoile mouchetée

Les astronomes ont utilisé le télescope spatial James Webb pour étudier l'atmosphère galactique Exoplanète HAT-P-18 b détecte de la vapeur d'eau et du dioxyde de carbone en mettant l'accent sur l'influence des propriétés de l'étoile hôte sur l'analyse des données.

Dirigée par des chercheurs de l'Institut Trottier de recherche sur les exoplanètes (iREx) de l'Université de Montréal, une équipe d'astronomes a exploité la puissance du révolutionnaire télescope spatial James Webb (JWST) pour étudier les « planètes chaudes ». Saturne« L'exoplanète HAT-P-18 b.

Leurs conclusions ont été publiées le mois dernier dans la revue Avis mensuels de la Royal Astronomical Societydressez un tableau complet de l'atmosphère de HAT-P-18 b tout en explorant le défi majeur de distinguer les signaux atmosphériques de l'activité de son étoile.

HAT-P-18 b est situé à plus de 500 années-lumière, avec une masse similaire à celle de Saturne mais une taille plus proche de celle de la plus grande planète. Jupiter. De ce fait, l’exoplanète possède une atmosphère « gonflée » particulièrement idéale pour l’analyse.

Représentation artistique de l'exoplanète « Saturne chaude », HAT-P-18 b. Crédit : NASA/Eyes on Exoplanets

Passant sur une étoile mouchetée

Les observations ont été prises à partir du télescope spatial James Webb alors que HAT-P-18 b passait devant son étoile semblable au soleil. Ce moment est appelé transit et est essentiel pour détecter et caractériser une exoplanète située à des centaines d’années-lumière avec une précision étonnante.

Les astronomes n’observent pas directement la lumière émise par la planète lointaine. Au lieu de cela, ils étudient comment la lumière de l’étoile centrale est bloquée et affectée par la planète qui tourne autour d’elle, et doivent donc essayer de séparer les signaux résultant de la présence de la planète de ceux résultant des propriétés de l’étoile elle-même.

La courbe de lumière montre la luminosité ou la luminosité d'une étoile au fil du temps. Lorsqu'une exoplanète passe au-dessus de l'étoile, ce que l'on appelle un transit, une partie de la lumière de l'étoile est bloquée par l'exoplanète. En conséquence, la luminosité de l’étoile diminue. Lorsqu'une tache stellaire occulte la surface de l'étoile ou lorsqu'une exoplanète passe au-dessus de la tache sombre, les astronomes peuvent voir un signal dans la courbe de lumière sous la forme d'une petite bosse au bas de la courbe de lumière qui passe. Regardez l’animation complète de ce graphique ci-dessous. Source : B. Gougeon/Université de Montréal

Tout comme notre Soleil, les étoiles n’ont pas de surface uniforme. Il peut contenir des taches d'étoiles sombres et des régions lumineuses, qui peuvent générer des signaux imitant les caractéristiques de l'atmosphère de la planète. Une étude récente de l'exoplanète TRAPPIST-1 b et de son étoile TRAPPIST-1, dirigée par Olivia Lim, doctorante à l'UdeM, a été témoin d'une explosion, ou éruption, à la surface de l'étoile, affectant les observations.

Dans le cas de HAT-P-18 b, Webb a pu capturer l'exoplanète alors qu'elle passait au-dessus d'une tache sombre sur son étoile HAT-P-18. C’est ce qu’on appelle un événement croisé localisé, et son effet était évident dans les données collectées pour la nouvelle étude. L’équipe iREx a également signalé la présence de plusieurs autres taches stellaires à la surface de HAT-P-18 qui n’étaient pas masquées par l’exoplanète.

Pour déterminer avec précision la composition atmosphérique de l’exoplanète, les chercheurs ont dû modéliser simultanément l’atmosphère de la planète ainsi que les propriétés de son étoile. Ils soulignent dans leur étude qu’une telle considération sera cruciale pour aborder les futures observations de l’exoplanète Webb afin d’exploiter pleinement son potentiel.

« Nous avons constaté que la prise en compte de la contamination stellaire signifie des taches et des nuages ​​​​au lieu de la brume et récupère l'abondance de vapeur d'eau à un rythme approximativement inférieur », a déclaré l'auteur principal Marilou Fournier-Tondreau.

« Regarder l'étoile hôte du système fait donc une grande différence », a ajouté Fournier Tondreau, qui a effectué ce travail en tant qu'étudiant à la maîtrise à l'iREx et qui poursuit actuellement un doctorat. dans le L'université d'Oxford.

« C'est en fait la première fois que nous parvenons à séparer clairement la brume des taches stellaires, grâce à l'instrument NIRISS (Near-Infrared Imager and Non-Slit Spectrograph) au Canada, qui offre une couverture de longueur d'onde plus large s'étendant dans la plage de la lumière visible. »

Eau, dioxyde de carbone et nuages ​​dans une atmosphère brûlante

Après avoir modélisé l'exoplanète et l'étoile dans le système HAT-P-18, les astronomes de l'iREx ont réalisé une microdissection de la composition de l'atmosphère de HAT-P-18 b. En examinant la lumière filtrant à travers l'atmosphère de l'exoplanète lorsqu'elle passe devant son étoile hôte, les chercheurs ont détecté la présence de vapeur d'eau (H2O) et de dioxyde de carbone (CO2).

Les chercheurs ont également exploré la présence possible de sodium et observé des signes évidents de surface nuageuse dans l'atmosphère du HAT-P-18 b, ce qui semble étouffer les signaux de nombreuses molécules qu'il contient. Ils ont également conclu que la surface de l'étoile était recouverte de nombreuses taches sombres qui pourraient affecter de manière significative l'interprétation des données.

Une analyse précédente des mêmes données du télescope spatial James Webb, dirigée par une équipe de l'Université Johns Hopkins, a également révélé la détection claire d'eau et de dioxyde de carbone, mais a également signalé la détection de petites particules à haute altitude appelées aérosols et a trouvé des indices de méthane (CH4 ). Les astronomes de l’iREx dressent un tableau différent.

La découverte de CH4 n’a pas été confirmée et l’abondance de l’eau identifiée était dix fois inférieure à celle détectée précédemment. Ils ont également découvert que la découverte de la brume lors de l'étude précédente pourrait être causée par des taches d'étoiles à la surface de l'étoile, soulignant l'importance de prendre en compte l'étoile dans l'analyse.

Une exoplanète peut-elle abriter la vie ? Improbable. Alors que des molécules telles que l'eau, le dioxyde de carbone et le méthane peuvent être interprétées comme des biosignatures, ou des signes de vie, dans certaines proportions ou en combinaison avec d'autres molécules, les températures torrides du HAT-P-18 b avoisinent les 600 degrés. ° C Cela n’augure rien de bon pour l’habitabilité de la planète.

Les futures observations d'un autre instrument du télescope spatial James Webb, le spectromètre proche infrarouge (NIRSpec), promettent d'aider à améliorer les découvertes de l'équipe, telles que la découverte du dioxyde de carbone, et à faire la lumière sur les complexités de cette exoplanète chaude de Saturne. .

Référence : « Spectroscopie de transmission proche infrarouge de HAT-P-18 b avec NIRISS : déconstruction des caractéristiques planétaires et stellaires à l'ère JWST » par Marilou Fournier Tondreau, Ryan J. MacDonald, Michael Radica, David Lafrenière, Louis Wilbanks, Carolyn Piolette, Louis Philippe Coulombe, Romain Allart, Kim Morel, Etienne Artigao, Loic Albert, Olivia Lim, René Doyon, Björn Beneke, Jason F. Roux, Antoine Darvaux-Bernier, Nicholas B. Cowan, Nicole K. Lewis, Neil James Cook, Laura Flagg, Frédéric Genest, Stéphane Pelletier, Doug Johnston, Lisa Dang, Lisa Kaltenegger, Jake Taylor et Jake D. Turner, 9 décembre 2023, Avis mensuels de la Royal Astronomical Society.
est ce que je: 10.1093/manras/stad3813