Le télescope spatial James Webb (JWST) a capturé pour la première fois des signaux directs de dioxyde de carbone de quatre géantes gazeuses d’un système multiplanétaire, situé à 130 années-lumière de la Terre. Les observations suggèrent que les planètes se sont formées de manière similaire à nos quatre géantes gazeuses – en se rassemblant lentement autour d’un noyau solide. Ces résultats pourraient fournir de précieuses informations sur la manière dont notre système solaire s’est formé.
Sur les 6 000 exoplanètes répertoriées à ce jour, peu ont été observées directement, car même les géantes sont des milliers de fois moins lumineuses que leurs étoiles hôtes. La technique de détection conventionnelle consiste à analyser la manière dont elles modifient la lumière de leurs étoiles en passant périodiquement devant celles-ci. Cette méthode permet également de déduire la composition de leur atmosphère.
En utilisant cette technique, JWST a par exemple détecté indirectement du dioxyde de carbone sur l’exoplanète WASP-39 b en 2022. « C’est ce que font les scientifiques pour les planètes en transit ou les naines brunes isolées depuis le lancement du JWST », explique Laurent Pueyo dans un article de blog de l’Université Johns Hopkins. Les naines brunes se forment de la même manière que les étoiles, mais n’accumulent pas suffisamment de masse pour enclencher des réactions thermonucléaires.
En utilisant le JWST, Pueyo et ses collègues ont pour la première fois observé HR 8799 et analysé son atmosphère de manière directe. Situé à 130 années-lumière de la Terre, il s’agit d’un système multiplanétaire observé depuis longtemps pour les études de la formation des planètes.
« Nous savions que le JWST pouvait mesurer les couleurs des planètes extérieures dans des systèmes directement imagés. Cela fait dix ans que nous attendons la confirmation que les opérations, parfaitement réglées, du télescope nous permettraient également d’accéder aux planètes intérieures », explique Rémi Soummer du Space Telescope Science Institute, coauteur de l’étude. « Les résultats sont désormais disponibles et nous pouvons en tirer des conclusions scientifiques intéressantes », ajoute-t-il.
Une formation similaire à nos géantes gazeuses
HR 8799 est un jeune système planétaire d’environ 30 millions d’années, soit beaucoup plus jeune que notre système solaire, qui, lui, s’est formé il y a 4,6 milliards d’années. Les planètes sont encore chaudes et actives suite à leur formation et émettent d’importantes quantités de lumière infrarouge. Leur observation fournit des données précieuses sur la manière dont leur formation peut être comparée à celle des étoiles et des naines brunes.
JWST permet d’effectuer des observations directes à longueurs d’onde spécifiques, ce qui permet de déterminer si les objets orbitant autour d’étoiles lointaines sont des planètes géantes ou d’autres objets comme des naines brunes. Cette prouesse technique est rendue possible grâce aux coronographes du télescope, des dispositifs permettant de filtrer la lumière des étoiles de la même manière qu’une éclipse solaire. Ce filtre permet ainsi aux objets moins lumineux comme les exoplanètes d’être observées, tandis que l’analyse de leur spectre lumineux permet de déterminer leur composition atmosphérique.
Les analyses des longueurs d’onde de 3 à 5 micromètres ont révélé que les quatre planètes géantes de HR 8799 contiennent de fortes concentrations de dioxyde de carbone et plus d’éléments lourds qu’on ne le pensait, dont le carbone, l’oxygène et le fer.
Les données ont également révélé la première observation directe de HR 8799 e (à une longueur d’onde de 4,6 micromètres), la planète la plus interne du système. Le télescope a en outre permis d’observer 51 Eridani à une longueur d’onde de 4,1 micromètres, un autre système situé à 97 années-lumière de la Terre.
La présence de CO2 et d’éléments lourds suggèrent que les quatre planètes géantes de HR 8799 se sont formées de la même manière que Jupiter et Saturne. Les géantes gazeuses peuvent se former selon deux mécanismes principaux : soit par accrétion progressive de gaz autour d’un noyau solide, soit par instabilité gravitationnelle, un effondrement rapide au sein du disque protoplanétaire de l’étoile hôte. Jupiter et Saturne se sont formées par accrétion du noyau.
« Compte tenu de ce que nous savons de l’étoile autour de laquelle elles orbitent, cela indique probablement qu’elles se sont formées par accrétion du noyau, ce qui, pour des planètes directement visibles, est une conclusion passionnante », affirme William Balmer de l’Université Johns Hopkins, qui a dirigé l’étude, détaillée dans The Astrophysical Journal.
Ce système planétaire pourrait constituer un cas d’étude intéressant pour l’analyse des processus de formation planétaire. « Avec ce type de recherche, nous espérons comprendre notre système solaire, la vie et nous-mêmes en les comparant à d’autres systèmes exoplanétaires, afin de contextualiser notre existence », indique Balmer.
Cela pourrait en outre permettre de déterminer le modèle de formation planétaire le plus courant et ainsi distinguer les types de planètes dans d’autres systèmes. Il sera alors possible de déterminer si notre système solaire est rare ou commun dans la galaxie. L’équipe prévoit en outre d’utiliser le coronographe du JWST pour analyser davantage d’exoplanètes géantes et de comparer leurs compositions aux modèles théoriques.
L'année-lumière est une unité de longueur utilisée pour exprimer
des distances astronomiques. Elle est définie par l'Union
Astronomique Internationale (UAI) comme la distance parcourue par
la lumière dans le vide pendant une année julienne (365.25 jours).
Elle vaut environ... [...]
Une galaxie est une grande structure cosmique composée d'un
assemblage d'étoiles, de gaz et de poussières. Il en existe
plusieurs types, classés selon leur masse et leur morphologie,
formées à différentes... [...]