atmosphères d'exoplanètes du JWST

L'orchestre joue fortissimo, et au troisième rang quelqu'un chuchote. Entendre ce murmure, c'est le défi auquel les astronomes ont été confrontés autour de l'étoile HR 8799 : quatre planètes géantes brillantes étouffent la faible lumière d'une possible cinquième, cachée tout près de l'étoile.

Le télescope spatial JWST a pointé son objectif vers le monde rocheux brûlant 55 Cancri e, et a vu une enveloppe gazeuse dense. En revanche, la plus froide TRAPPIST-1 b, qui orbite autour d'une naine rouge sombre, n'a pas d'enveloppe : une roche nue.

Deux étoiles, AF Lep A et ε Indi A, ont fait l'objet d'une attention particulière. À l'aide du spectrographe GHOST installé sur le télescope Gemini, les astronomes ont décomposé leur lumière en couleurs et, grâce aux raies d'absorption, ont déterminé la quantité de carbone, d'oxygène, de soufre et de treize autres éléments présents dans…

En mars 2023, le télescope spatial James Webb a pointé ses instruments vers la comète périodique 81P/Wild 2.

2,41 heures. C'est exactement la durée d'une journée sur SIMP 0136 — une planète errante solitaire située à 6,1 parsecs de nous. C'est deux fois plus loin que Proxima du Centaure. Sa masse est comprise entre 12,7 et 17,8 masses de Jupiter, à la frontière entre planète et étoile.

Le bord du projecteur. Dès qu'on masque l'éclat aveuglant de l'étoile centrale, un théâtre d'ombres apparaît. Le coronographe de James Webb, tel un rideau épais, a occulté l'étoile TW Hydrae – et sur une scène de 120 unités astronomiques (quatre fois la distance jusqu'à Neptune), son disque d'accrétion entre en jeu.

L'eau n'est pas toujours la même. Elle peut être douce ou salée, mais aussi « lourde » — si dans sa molécule, au lieu de l'hydrogène ordinaire, se trouve le deutérium, son cousin plus massif. On appelle cette eau HDO, et c'est un véritable passeport cosmique : la quantité de deutérium dans l'eau révèle où et quand cette eau est née.

Parmi les exoplanètes incandescentes qui tournent dangereusement près de leur étoile se cache un mystère de naissance. Il y a près de trois décennies, Michel Mayor et Didier Queloz ont découvert le premier de ces mondes, et depuis, les astronomes se demandent : comment une géante gazeuse peut-elle se…

Lorsque le télescope James Webb décompose la lumière d'une exoplanète lointaine en spectre, il lit une chronique chimique. Mais cette chronique n'est pas une vérité monolithique : c'est une atmosphère sans cesse réécrite par le rayonnement de l'étoile.

La lumière d'une étoile lointaine porte en elle le bourdonnement silencieux des atmosphères des planètes qui orbitent autour d'elle. Pendant longtemps, la capter revenait à distinguer un murmure dans le rugissement d'une cascade.

Quand une étoile meurt, elle se transforme en naine blanche — une boule dense de carbone et d'oxygène de la taille de la Terre. Prédits par Subrahmanyan Chandrasekhar, ces objets ont longtemps été considérés comme des cimetières sans vie.

Le télescope James Webb a plongé son regard dans un monde double étrange. Là, une étoile morte — une naine blanche — fait rôtir lentement son compagnon, une naine brune. L'objet nommé ZTFJ0038+2030 effectue une orbite complète en quelques heures seulement.

À des centaines d'années-lumière de nous, il existe une planète qui ressemble à un miroir géant. LTT9779b réfléchit la majeure partie de la lumière qu'elle reçoit — bien plus que ce que l'on pourrait attendre d'un corps de la taille de Neptune. Les astronomes se sont longtemps demandé ce qui la rendait si brillante : une brume métallique dense ou une couche de nuages.

À 158 années-lumière de nous, autour d'une étoile sombre, la naine rouge TOI-6894, une planète se déplace paisiblement. Son année dure moins de deux jours terrestres, mais elle-même est un monde frais avec une température d'équilibre d'environ 420 K, à peine plus chaud qu'un sauna.

Un monde où l'année ne dure qu'un jour et demi terrestre, et où l'étoile dans le ciel est des centaines de fois plus grande que notre Soleil. C'est KELT-9 b — une géante gazeuse chauffée à des températures où le fer s'évapore.

La planète WASP-121 b n'est pas qu'une boule chaude. C'est un monde où le fer s'évapore et où le ciel brille de sa propre chaleur. Un nouveau regard sur elle a permis de comprendre de quels « ingrédients » elle est faite.

La planète WASP-121 b est une géante gazeuse chauffée à 2500°C. Elle fait toujours face à son étoile, comme un globe figé sous une lampe. Mais lorsqu'elle passe devant le disque de l'étoile, sa rotation nous révèle différentes facettes — comme si l'on faisait lentement pivoter ce globe pour en explorer chaque recoin.

Une planète glisse devant le disque de son étoile — et devient un instant une lampe de poche. Elle masque une minuscule portion de la surface, révélant des détails qui, autrement, échappent au regard. C'est ainsi que des astronomes ont plongé au cœur des taches sombres de l'étoile V1298 Tauri, un jeune jumeau de notre Soleil.

L'atmosphère de Titan, découverte par Christiaan Huygens, est opaque aux télescopes ordinaires. Mais la spectroscopie révèle des « fenêtres » de transparence — d'étroites zones où le brouillard se dissipe.

Un tuyau d'incendie qui frappe un tas de neige. L'eau ne se contente pas de repousser la neige — là où elle frappe, naissent des éclaboussures, de la vapeur et un fracas. C'est à peu près ce qui se passe avec les jets — d'étroits flux de matière éjectés à grande vitesse des environs d'un trou noir.

Les naines rouges sont d'infatigables forgerons du destin des planètes. Leur rayonnement, tel un marteau, frappe les enveloppes gazeuses, ne laissant que des noyaux rocheux dénudés. Au cœur de la constellation d'Hercule, autour de la faible naine M GJ 3929, orbite un monde d'une taille équivalente à une fois et demie celle de…

Des astronomes, utilisant le télescope spatial James Webb (JWST), ont pour la première fois étudié en détail l'atmosphère d'une jeune exoplanète : V1298 Tau c. Cette super-Terre — une planète plus massive que la Terre mais moins que les géantes gazeuses — n'a que 23 millions d'années.

Une maternelle où certains enfants pâtissent des sablés dans le sable, tandis que d'autres assemblent déjà des Lego. C'est à peu près l'image du système de l'étoile V1298 Tau : elle n'a que 20 millions d'années — à l'échelle cosmique, elle vient tout juste de sortir du berceau. Autour d'elle gravitent plusieurs planètes, et deux d'entre elles, b et e, se révèlent étonnamment différentes.

Lorsqu'une planète passe derrière le bord de son étoile, celle-ci éclaire son atmosphère — tout comme le soleil couchant illumine les nuages à l'horizon. Cet instant fugace, qui ne dure que quelques minutes, porte l'empreinte des gaz traversés par la lumière stellaire.

Une casserole de lave en ébullition, coiffée d'un couvercle épais de gaz. Voilà à peu près à quoi ressemblent les sub-Neptunes — des planètes abondantes dans d'autres systèmes stellaires, mais absentes du nôtre. Sous une épaisse atmosphère d'hydrogène, un océan de magma incandescent s'agite.

Au-delà de Neptune, dans la ceinture de glace, des astronomes ont observé l'objet (612533) 2002 XV93 masquer brièvement une étoile lointaine. En utilisant la méthode du transit (quand une planète atténue la lumière d'une étoile l'espace d'une seconde, comme une mouche devant une lampe), William Borucki et David…

La vapeur au-dessus d'une casserole bouillante colore légèrement la lumière d'une lampe de poche : elle retient certaines couleurs, en laisse passer d'autres. C'est à peu près ainsi que l'on étudie l'air des planètes lointaines.

La lumière d'une étoile lointaine filtre à travers l'enveloppe gazeuse d'une planète, et les astronomes tentent de deviner de quoi cette enveloppe est faite. C'est ainsi que l'on étudie les atmosphères de mondes que l'on ne peut pas toucher.

La planète WASP-121 b est toujours tournée vers son étoile du même côté, comme une pierre dans un feu de camp. Son côté diurne est chauffé à un point tel que l'hydrogène ordinaire — celui qui compose la majeure partie de l'Univers — n'y résiste pas : ses molécules se brisent en atomes isolés, et la température y est inversée : plus on monte, plus il fait chaud.

Les astronomes ont pointé James Webb vers l'exoplanète rocheuse LHS 3844 b — un monde autour d'une étoile lointaine, où l'année ne dure que 11 heures. La planète est toujours tournée du même côté vers son étoile : sur la face diurne, une chaleur permanente de 770°C règne, tandis que la face nocturne est plongée dans l'obscurité glaciale.

Une planète géante flotte dans l'espace, complètement seule, à une distance de son étoile 160 fois supérieure à celle qui sépare le Soleil de Pluton. La lumière de son étoile parente lui parvient si faiblement que la température à sa surface dépasse à peine 200 degrés Celsius — à peu près comme dans un sauna bien chaud.

Le vent solaire — un flux de particules chargées venant du Soleil — percute le gaz ténu qui remplit l'espace entre les étoiles. De cette collision naît une faible émission de rayons X. Pour les astronomes, c'est comme un brouillard devant les phares : il empêche de distinguer les objets lointains.

L'odeur du pain frais signale sans erreur la proximité d'une boulangerie. Mais pour savoir si la cuisson est en cours, il est plus important de capter non pas l'arôme lui-même, mais son intensification — le flux continu d'air chaud qui sort du four.

Un monde qui a refusé pendant des années de montrer son visage. La planète GJ 1214 b est exactement ce cas. Elle est plus grande que la Terre, mais plus petite que Neptune, et son enveloppe dense rendait son atmosphère invisible aux télescopes : la lumière de l'étoile la traversait sans laisser de traces nettes.

Une poêle brûlante sur la cuisinière luit dans l'obscurité, mais si on la couvre d'un couvercle, la chaleur s'échappe plus lentement et la surface semble moins brillante. C'est à peu près ainsi que fonctionne la planète HD 3167 b : elle est toujours tournée vers son étoile, et son côté jour est chauffé à une température à laquelle les roches fondent.

La lumière d'une étoile lointaine n'est jamais parfaitement régulière. Elle tremble, comme l'air au-dessus d'un trottoir brûlant. Lorsque les astronomes ont pointé James Webb vers l'étoile TOI 700, ils ont vu ce tremblement particulièrement nettement : toutes les 16 minutes, la luminosité variait d'une fraction infime — seulement 46 millionièmes.Pour comparaison : si…

Lorsqu'une exoplanète masque brièvement son étoile, la lumière stellaire traverse son atmosphère et en absorbe la saveur chimique. Cette technique — la méthode du transit — est au cœur du travail du télescope James Webb.

La lumière d'une étoile lointaine, en traversant l'atmosphère de la planète K2-18b, a laissé dans le spectre d'étranges « empreintes digitales ». Les astronomes ont collecté cette lumière pendant 420 heures avec le télescope spatial James Webb et l'ont décomposée en couleurs, comme un arc-en-ciel.

Lorsqu'une planète passe devant son étoile, la lumière traverse son atmosphère et en absorbe la saveur des gaz. Chaque gaz laisse dans la lumière sa propre empreinte colorée – une touche amère ou sucrée. Les scientifiques tentent de déchiffrer cette recette : quelles substances et dans quelles proportions se mêlent dans l'air d'un monde étranger.

Sept heures : c'est la durée d'une année sur TOI-4552b. Elle file autour de son étoile plus vite que certains satellites autour de la Terre. L'étoile est une naine rouge sombre, quatre fois plus petite que le Soleil, mais la planète en est si proche qu'elle reçoit des centaines de fois plus de chaleur que nous.