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James Webb Space Telescope's first spectrum of a TRAPPIST-1 planet

Premier spectre d'une planète TRAPPIST-1 du télescope spatial James Webb

par Morgan Sherburne, Université du Michigan

Cette représentation artistique de l'étoile naine rouge TRAPPIST-1 met en valeur sa nature très active. L'étoile semble avoir de nombreuses taches stellaires (régions plus froides de sa surface, semblables aux taches solaires) et des éruptions cutanées. L’exoplanète TRAPPIST-1 b, la planète la plus proche de l’étoile centrale du système, est visible au premier plan sans atmosphère apparente. L’exoplanète TRAPPIST-1 g, l’une des planètes de la zone habitable du système, est visible en arrière-plan à droite de l’étoile. Le système TRAPPIST-1 contient sept exoplanètes de la taille de la Terre. Crédit : Benoît Gougeon, Université de Montréal

Dans un système solaire appelé TRAPPIST-1, à 40 années-lumière du soleil, sept planètes de la taille de la Terre tournent autour d'une étoile froide.

Les astronomes ont obtenu de nouvelles données du télescope spatial James Webb (JWST) sur TRAPPIST-1 b, la planète du système solaire TRAPPIST-1 la plus proche de son étoile. Ces nouvelles observations offrent un aperçu de la façon dont son étoile peut affecter les observations d’exoplanètes dans la zone habitable des étoiles froides. Dans la zone habitable, de l’eau liquide peut encore exister à la surface de la planète en orbite.

L'équipe, qui comprenait Ryan MacDonald, astronome de l'Université du Michigan et membre de la NASA Sagan, a publié son étude dans la revue The Astrophysical Journal Letters.

"Nos observations n'ont pas vu de signes d'atmosphère autour de TRAPPIST-1 b. Cela nous indique que la planète pourrait être une roche nue, avoir des nuages ​​​​haut dans l'atmosphère ou avoir une molécule très lourde comme le dioxyde de carbone qui rend l'atmosphère trop petite pour être détectée. ", a déclaré MacDonald. "Mais ce que nous constatons, c'est que l'étoile est sans aucun doute l'effet le plus important qui domine nos observations, et cela aura exactement la même chose pour les autres planètes du système."

La majorité de l'enquête de l'équipe s'est concentrée sur ce qu'elle pouvait apprendre sur l'impact de l'étoile sur les observations des planètes du système TRAPPIST-1.

"Si nous ne trouvons pas comment gérer l'étoile maintenant, il sera beaucoup plus difficile lorsque nous observerons les planètes dans la zone habitable - TRAPPIST-1 d, e et f - de voir les signaux atmosphériques. ", a déclaré MacDonald.

Un système exoplanétaire prometteur

TRAPPIST-1, une étoile beaucoup plus petite et plus froide que notre soleil située à environ 40 années-lumière de la Terre, a retenu l'attention des scientifiques et des passionnés de l'espace depuis la découverte de ses sept exoplanètes de la taille de la Terre en 2017. 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.

L'étude, dirigée par Olivia Lim de l'Institut Trottier de recherche sur les exoplanètes de l'Université de Montréal, a utilisé une technique appelée spectroscopie de transmission pour obtenir des informations importantes sur les propriétés de TRAPPIST-1 b. 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.

"Ces observations ont été réalisées avec l'instrument NIRISS sur JWST, construit par une collaboration internationale dirigée par René Doyon à l'Université de Montréal, sous les auspices de l'Agence spatiale canadienne sur une période de près de 20 ans", a déclaré Michael Meyer, professeur à l'UM. de l'astronomie. "Ce fut un honneur de faire partie de cette collaboration et extrêmement excitant de voir des résultats comme celui-ci caractérisant divers mondes autour d'étoiles proches grâce à cette capacité unique de NIRISS."

Connais ton étoile, connais ta planète

La principale conclusion de l’étude était l’impact significatif 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 régions sombres appelées taches et les régions lumineuses appelées faculae, 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 des spectres 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 et lui faire réfléchir. ils ont 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 observations futures de tous les systèmes exoplanétaires. Cela est particulièrement vrai pour des systèmes comme TRAPPIST-1, car il 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, voire plusieurs 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."

MacDonald a joué un rôle clé dans la modélisation de l'impact de l'étoile et dans la recherche d'une atmosphère dans les observations de l'équipe, en exécutant une série de millions de modèles pour explorer toute la gamme des propriétés des taches stellaires froides, des régions actives des étoiles chaudes et des atmosphères planétaires qui pourraient expliquer les observations JWST que les astronomes voyaient.

Pas d'atmosphère significative sur TRAPPIST-1 b

Alors que les sept planètes TRAPPIST-1 ont été des candidats alléchants dans la recherche d'exoplanètes de la taille de la Terre avec une atmosphère, la proximité de TRAPPIST-1 b avec son étoile signifie qu'elle se retrouve dans des conditions plus difficiles que ses frères et sœurs. Elle reçoit quatre fois plus de rayonnement solaire que la Terre et sa température de surface est comprise entre 120 et 220 degrés Celsius.

Cependant, si TRAPPIST-1 b devait avoir une atmosphère, elle serait la plus facile à détecter et à décrire de toutes les cibles du système, puisque TRAPPIST-1 b est la planète la plus proche de son étoile et donc la planète la plus chaude du système. , son transit crée un signal plus fort. Tous ces facteurs font de TRAPPIST-1 b une cible d’observation cruciale, mais difficile.

Pour tenir compte de l'impact de la contamination stellaire, l'équipe a mené deux récupérations atmosphériques indépendantes, une technique permettant de déterminer le type d'atmosphère présente sur TRAPPIST-1 b, sur la base d'observations. Dans la première approche, la contamination stellaire a été supprimée des données avant leur analyse. Dans la deuxième approche, menée par MacDonald, la contamination stellaire et l'atmosphère planétaire ont été modélisées et ajustées simultanément.

Dans les deux cas, les résultats ont indiqué que les spectres de TRAPPIST-1 b pourraient correspondre à la seule contamination stellaire modélisée. Cela ne suggère aucune preuve d’une atmosphère significative sur la planète. Un tel résultat reste très précieux, car il indique aux astronomes quels types d’atmosphères sont incompatibles avec les données observées.

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 constaté que les atmosphères sans nuages ​​et riches en hydrogène étaient exclues avec un degré de confiance élevé. Cela signifie qu'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 une atmosphère significative. Ces résultats, le premier spectre d'une planète TRAPPIST-1, sont généralement cohérents avec les observations précédentes du JWST.

Alors que les astronomes continuent d’explorer d’autres planètes rocheuses dans l’immensité de l’espace, ces découvertes éclaireront les futurs programmes d’observation du JWST et d’autres télescopes, contribuant ainsi à une compréhension plus large des atmosphères exoplanétaires et de leur habitabilité potentielle.

Plus d'informations : Olivia Lim et al, Reconnaissance atmosphérique de TRAPPIST-1 b avec JWST/NIRISS :

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COMMENTAIRES

Si l article mobtre les aspectes positifs  de l observatiob de TRAPPIST 1  il ne peut cependant dissimuler  qu aucun signe  de vie  n est envisgeable sur ces exonètes  ...Alors que c est l objectif majeur espéré de  JAMES WEBB   d etre le premier a repérer  une planète soeur de la TERRE  !!!!

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More information: Olivia Lim et al, Atmospheric Reconnaissance of TRAPPIST-1 b with JWST/NIRISS: Evidence for Strong Stellar Contamination in the Transmission Spectra, The Astrophysical Journal Letters (2023). DOI: 10.3847/2041-8213/acf7c4

Journal information: Astrophysical Journal Letters 

Provided by University of Michigan 

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