16, 2023
Webb detects quartz crystals in clouds of hot gas giant
Webb détecte des cristaux de quartz dans les nuages d'une géante de gaz chaud
par l'Université Cornell
ExoTiC-MIRI (à gauche) et Eureka ! (à droite) courbes spectroscopiques de lumière de transit, regroupées à une résolution de 0,5 μm, et modèles les mieux adaptés. Les temps sur l'axe des x ont été soustraits du temps du centre de transit et les longueurs d'onde de chaque courbe de lumière sont indiquées sur l'axe des y de droite. Crédit : The Astrophysical Journal Letters (2023). DOI : 10.3847/2041-8213/acfc3b
Des chercheurs utilisant le télescope spatial James Webb de la NASA ont détecté des traces de nanocristaux de quartz dans les nuages à haute altitude de WASP-17 b, une exoplanète chaude de Jupiter située à 1 300 années-lumière de la Terre.
La détection, qui a été uniquement possible avec MIRI (Webb's Mid-Infrared Instrument), marque la première fois que des particules de silice (SiO2) sont repérées dans l'atmosphère d'une exoplanète.
Les cristaux de quartz ne mesurent qu’environ 10 nanomètres de diamètre, si petits que 10 000 pourraient se placer côte à côte sur un cheveu humain. Leur taille et leur composition en silice pure ont été rapportées dans "JWST-TST DREAMS: Quartz Clouds in the Atmosphere of WASP-17b", publié dans Astrophysical Journal Letters.
"Les données de Hubble ont en fait joué un rôle clé dans la limitation de la taille de ces particules. Nous savons qu'il y a de la silice grâce aux seules données MIRI de Webb, mais nous avions besoin des observations visibles et proches infrarouges de Hubble pour le contexte, afin de déterminer la taille des cristaux. ", a déclaré le co-auteur Nikole Lewis, professeur agrégé d'astronomie au Collège des arts et des sciences, membre de l'Institut Carl Sagan et responsable du programme Webb d'observation du temps garanti (GTO) conçu pour aider à construire une vue tridimensionnelle d'un atmosphère chaude de Jupiter.
Webb a observé le système WASP-17 pendant près de 10 heures, collectant plus de 1 275 mesures de luminosité de lumière infrarouge moyenne de 5 à 12 microns alors que la planète traversait son étoile. En soustrayant la luminosité des longueurs d'onde individuelles de la lumière qui atteignaient le télescope lorsque la planète était devant l'étoile de celle de l'étoile elle-même, l'équipe de recherche a pu calculer la quantité de chaque longueur d'onde bloquée par l'atmosphère de la planète.
L’atmosphère de la planète géante des gaz chauds WASP-17 b, représentée dans le concept de cet artiste, est composée principalement d’hydrogène et d’hélium, ainsi que de petites quantités de vapeur d’eau et des notes de dioxyde de carbone et d’autres molécules. Crédit : NASA, ESA, CSA et R. Crawford (STScI)
Ce qui est apparu était une « bosse » inattendue à 8,6 microns qui s’expliquait mieux par le fait que les nuages étaient composés de quartz, plutôt que de silicates de magnésium ou d’autres aérosols possibles à haute température comme l’oxyde d’aluminium.
La capacité unique de Webb à mesurer les effets extrêmement subtils de ces cristaux sur la lumière des étoiles – et à une distance de plus de 7 millions de milliards de kilomètres – fournit des informations cruciales sur la composition des atmosphères des exoplanètes et de nouvelles informations sur leur météo.
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Les résultats des auteurs de l'article, qui font partie de l'équipe scientifique du télescope JWST et comprennent des chercheurs du centre de recherche Ames de la NASA et du Goddard Space Flight Center de la NASA, donnent une nouvelle tournure à notre compréhension de la formation et de l'évolution des nuages d'exoplanètes. Plutôt que les silicates riches en magnésium comme l'olivine et le pyroxène observés sur d'autres exoplanètes, les chercheurs ont trouvé leurs éléments constitutifs, la silice pure nécessaire pour former les plus gros grains de silicate trouvés dans les naines brunes et les exoplanètes plus froides.
Avec un volume plus de sept fois supérieur à celui de Jupiter et une masse inférieure à la moitié de celle de Jupiter, WASP-17 b est l'une des exoplanètes les plus grandes et les plus « gonflées » connues. Ceci, ajouté à sa courte période orbitale de 3,7 jours terrestres, rend la planète idéale pour la spectroscopie par transmission : une technique qui consiste à mesurer les effets de filtrage et de diffusion de l'atmosphère d'une planète sur la lumière des étoiles afin de détecter les caractéristiques de sa composition.
Contrairement aux particules minérales trouvées dans les nuages sur Terre, les cristaux de quartz détectés dans les nuages de WASP-17 b ne sont pas balayés d'une surface rocheuse. Au lieu de cela, ils proviennent de l’atmosphère elle-même.
Des vagues de lumière détectées dans les nuages de l'exoplanète géante de gaz chaud WASP-17 b ont révélé la présence de quartz (silice cristalline, SiO2), comme le montre ce graphique. C’est la première fois que SiO2 est identifié dans une exoplanète. Crédit : NASA, ESA, CSA et R. Crawford (STScI). Sciences : Nikole Lewis (Université Cornell), David Grant (Université de Bristol), Hannah Wakeford (Université de Bristol) du Space Telescope Science Institute.
"WASP-17 b est extrêmement chaud – environ 2 700 degrés Fahrenheit – et la pression à laquelle les cristaux de quartz se forment dans l'atmosphère ne représente qu'un millième environ de celle que nous connaissons à la surface de la Terre. Dans ces conditions, des cristaux solides peuvent se former directement à partir de gazeux, sans passer par une phase liquide au préalable", a déclaré le premier auteur David Grant, de l'Université de Bristol.
"La quantité exacte de quartz et l'étendue des nuages sont difficiles à déterminer, mais l'équipe vise précisément à y parvenir en combinant ces observations de WASP-17b avec d'autres observations du système de JWST", a déclaré Lewis.
WASP-17 b est l'une des trois planètes ciblées par les recherches DREAMS (Deep Reconnaissance of Exoplanet Atmospheres) de l'équipe scientifique du télescope JWST, conçues pour rassembler un ensemble complet d'observations d'un représentant de chaque classe clé d'exoplanètes. : un Jupiter chaud, un Neptune chaud et une planète rocheuse tempérée.
Les observations MIRI du chaud Jupiter WASP-17
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COMMENTAIRES
Le point de fusion de la silice étant dde 1630°C et son point d ebullition encore pluis haut 2300°C
il faut plutot imaginer une atmosphère tumultueuse beaucoup de vent et des grains de sable et du quarz - comme pour ceux venant du SAHAEA avec lesrocco
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