L’une des principales utilisations du télescope spatial James Webb est d’étudier les atmosphères des exoplanètes, de rechercher les éléments constitutifs de la vie ailleurs dans l’univers. Récemment, et pour la première fois, des astronomes ont capturé directement une image d’une exoplanète en utilisant ses instruments. Même si cette observation doit encore être révisée par les pairs, elle laisse entrevoir les futures possibilités d’étudier des mondes lointains.
Les principales techniques de détection d’exoplanètes reposent sur les effets résiduels d’une planète sur son étoile hôte, tels que l’impact gravitationnel de la planète sur l’étoile (mesures de vitesse radiale) ou la quantité de lumière stellaire que la planète bloque lorsqu’elle passe devant (observations de transit). Bien que ces techniques aient été assez efficaces pour trouver des exoplanètes, elles restent limitées dans les types de planètes qu’elles permettent de détecter et dans la quantité d’informations qu’elles peuvent en tirer.
En effet, mesurer la lumière d’une planète permet d’estimer directement la température de surface de celle-ci, la composition atmosphérique et les taux de rotation. Ces données sont essentielles pour déterminer l’habitabilité d’une planète. Malheureusement, l’imagerie directe doit surmonter de nombreux défis. Notamment parce que les étoiles sont souvent beaucoup plus brillantes que leurs compagnons, la plupart des planètes sont très difficiles à voir.
Récemment, des astronomes de l’Université de Californie Santa Cruz (UCSC), par le biais d’une large collaboration internationale, ont analysé les données fournies par le télescope spatial James Webb de la NASA, utilisé pour prendre une image directe d’une planète en dehors de notre système solaire, l’exoplanète HIP 65426 b. Cette image n’a pas encore été soumise à l’examen par les pairs et fera l’objet d’un article prochainement.
Le coronographe en action
Comme mentionné précédemment, prendre des images directes d’exoplanètes est un défi, car les étoiles sont beaucoup plus brillantes que les planètes. La planète HIP 65426 b est plus de 10 000 fois moins lumineuse que son étoile hôte dans le proche infrarouge, et quelques milliers de fois moins dans le moyen infrarouge.
C’est là qu’entrent en jeu les 5 masques coronographiques montés sur la NIRCam de James Webb. Il s’agit de trois masques ronds et de deux masques « cylindriques » qui suppriment la lumière des étoiles dans différentes conditions de contraste et de séparation entre l’étoile et ses compagnons. En d’autres termes, ils fonctionnent en bloquant la lumière d’un objet plus lumineux (l’étoile), ce qui permet de voir l’objet plus faible à proximité (la planète) — comme dans le cas d’une éclipse.
De plus, étant donné que HIP 65426 b est environ 100 fois plus éloignée de son étoile hôte que la Terre ne l’est du Soleil, le télescope spatial James Webb peut facilement distinguer la planète de l’étoile sur l’image.
Sasha Hinkley, professeur agrégé de physique et d’astronomie à l’Université d’Exeter au Royaume-Uni, qui a dirigé ces observations, déclare dans un communiqué : « C’était vraiment impressionnant de voir à quel point les coronographes de Webb ont réussi à supprimer la lumière de l’étoile hôte. C’est un moment de transition, non seulement pour Webb mais aussi pour l’astronomie en général ».
Il faut savoir que la NASA prévoit le lancement en 2026 du télescope spatial Nancy-Grace-Roman, équipé d’un coronographe encore plus avancé. Cet observatoire spatial est de la taille de Hubble, mais avec un champ de vision panoramique 200 fois supérieur à la vue infrarouge de ce dernier. Il est conçu pour percer les secrets de l’énergie noire et de la matière noire, ainsi que pour rechercher et imager des exoplanètes, en s’appuyant sur les découvertes scientifiques et les avancées technologiques des télescopes spatiaux Hubble et James Webb.
Une exoplanète déjà connue comme cible de James Webb
L’exoplanète HIP 65426 b était une cible parfaite pour James Webb, car connue depuis 2017. En effet, les astronomes ont découvert la planète à l’aide de l’instrument SPHERE du Very Large Telescope de l’Observatoire européen austral au Chili et en ont pris des images à de courtes longueurs d’onde infrarouges. La vue de Webb, à des longueurs d’onde infrarouges plus longues, révèle de nouveaux détails que les télescopes au sol ne pourraient pas détecter en raison de la lueur infrarouge intrinsèque de l’atmosphère terrestre.
Ainsi, HIP 65426 b, dans l’image de Webb, a environ 6 à 12 fois la masse de Jupiter, et ces observations pourraient aider à réduire encore plus cette masse. Elle est assez jeune, environ 15 à 20 millions d’années, par rapport à la Terre (4,5 milliards d’années). Il s’agit d’une exoplanète géante gazeuse, ce qui signifie qu’elle n’a pas de surface rocheuse et ne pourrait pas être habitable. Elle orbite autour d’une étoile de type A en 630,7 ans.
Bien qu’il ne s’agisse pas de la première image directe d’une exoplanète prise depuis l’espace — le télescope spatial Hubble a déjà capturé des images directes d’exoplanètes — HIP 65426 b montre la voie à suivre pour l’exploration d’exoplanètes par Webb, capturant « facilement » des mondes situés au-delà de notre système solaire.
Aarynn Carter, chercheuse postdoctorale à l’Université de Californie à Santa Cruz, qui a dirigé l’analyse des images, conclut : « Je pense que ce qui est le plus excitant, c’est que nous venons tout juste de commencer. Il y a beaucoup plus d’images d’exoplanètes à venir qui façonneront notre compréhension globale de leur physique, de leur chimie et de leur formation. Nous pourrions même découvrir des planètes jusque-là inconnues ».