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Les exoplan猫tes, c'est-脿-dire les plan猫tes situ茅es au-del脿 de notre Syst猫me solaire, captivent 脿 la fois les scientifiques et le public, car elles promettent de d茅voiler des syst猫mes plan茅taires vari茅s et des mondes potentiellement habitables. Bien qu'elles soient tr猫s diff茅rentes de notre Terre, les grandes plan猫tes g茅antes gazeuses d茅couvertes tr猫s pr猫s de leur 茅toile se sont r茅v茅l茅es 锚tre des cibles d'essai id茅ales pour des t茅lescopes comme le t茅lescope spatial James Webb (JWST) afin d'affiner les m茅thodes utilis茅es par les astronomes pour comprendre les exoplan猫tes. L'une de ces plan猫tes est HAT-P-18 b, une plan猫te de type "Saturne chaude" situ茅e 脿 plus de 500 ann茅es-lumi猫re, dont la masse est similaire 脿 celle de Saturne, mais dont la taille est plus proche de celle de Jupiter, qui est plus grande. Cette exoplan猫te poss猫de donc une atmosph猫re gonfl茅e qui se pr锚te particuli猫rement bien 脿 l'analyse.

芦 Le t茅lescope spatial James Webb fournit des observations d'exoplan猫tes si pr茅cises que nous sommes limit茅s par notre compr茅hension de leurs 茅toiles h么tes. Heureusement, ces m锚mes donn茅es - en particulier avec l'instrument NIRISS fabriqu茅 au Canada - nous permettent de mesurer ce que fait l'茅toile pendant nos observations et de le corriger, afin que nous puissions d茅terminer exactement ce qui se trouve dans l'atmosph猫re de ces plan猫tes,禄 a d茅clar茅 Nicolas Cowan, professeur au d茅partement des sciences de la Terre et des plan猫tes de l'Universit茅 污污草莓视频.

Dirig茅e par des chercheurs de l'Institut Trottier de recherche sur les exoplan猫tes de l'Universit茅 de Montr茅al (UdeM), une 茅quipe d'astronomes a exploit茅 la puissance du r茅volutionnaire t茅lescope Webb pour 茅tudier HAT-P-18 b. Leurs , publi茅es dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS), brossentdressent un portrait complet de l'atmosph猫re de la Saturne chaude tout en explorant le grand d茅fi qui consiste 脿 distinguer ses signaux atmosph茅riques de l'activit茅 de son 茅toile.

Passage devant une 茅toile tachet茅e

Les observations du t茅lescope Webb ont 茅t茅 r茅alis茅es alors que l'exoplan猫te HAT-P-18 b passait devant son 茅toile, qui est semblable au Soleil. Ce moment, appel茅 un "transit", est crucial pour d茅tecter et caract茅riser une exoplan猫te 脿 des centaines d'ann茅es-lumi猫re de distance, avec une pr茅cision surprenante. Les astronomes n'observent pas la lumi猫re 茅mise directement par la plan猫te lointaine. Ils 茅tudient plut么t comment la lumi猫re de l'茅toile centrale est bloqu茅e et affect茅e par la plan猫te qui l鈥檕rbite.

Les chasseurs d'exoplan猫tes doivent donc relever le d茅fi de d茅m锚ler les signaux caus茅s par la pr茅sence de la plan猫te et ceux caus茅s par les propri茅t茅s propres de l'茅toile. Tout comme notre Soleil, les 茅toiles n'ont pas une surface uniforme. Elles peuvent pr茅senter des taches stellaires sombres et des r茅gions brillantes, ce qui peut cr茅er des signaux qui imitent les attributs atmosph茅riques d'une plan猫te. Une 茅tude r茅cente de l'exoplan猫te TRAPPIST-1 b et de son 茅toile TRAPPIST-1, men茅e par Olivia Lim, 茅tudiante au doctorat 脿 l'UdeM, a r茅v茅l茅 une 茅ruption 脿 la surface de l'茅toile, ce qui a affect茅 les observations.

La courbe de lumi猫re indique la luminosit茅 ou la brillance de l鈥櫭﹖oile avec le temps. Lors du passage de l鈥檈xoplan猫te au-dessus de l鈥櫭﹖oile, qu鈥檕n appelle transit, une partie de la lumi猫re de l鈥櫭﹖oile est bloqu茅e par l鈥檈xoplan猫te. La luminosit茅 baisse donc lors de ce transit. Lors d鈥檜ne occultation d鈥檜ne tache stellaire sur la surface de l鈥櫭﹖oile, c鈥檈st-脿-dire lorsque l鈥檈xoplan猫te passe au-dessus de la tache sombre, les astronomes peuvent voir un signal dans la courbe de lumi猫re sous forme d鈥檜ne petite bosse dans le creu du transit. Voir l鈥檃nimation compl猫te de cette infographie . (Cr茅dit: B. Gougeon/Universit茅 de Montr茅al)

Dans le cas de la plan猫te HAT-P-18 b, Webb a observ茅 l'exoplan猫te au moment o霉 elle passait au-dessus d'une tache sombre de son 茅toile, HAT-P-18. C'est ce que l'on pourrait appeler une occultation de tache stellaire, dont l'effet est 茅vident dans les donn茅es recueillies pour l'茅tude. L'茅quipe a 茅galement signal茅 la pr茅sence de nombreuses autres taches stellaires 脿 la surface de HAT-P-18, qui n'ont pas 茅t茅 masqu茅es par l'exoplan猫te. Pour d茅terminer avec pr茅cision la composition atmosph茅rique de l'exoplan猫te, les chercheurs ont d茅termin茅 qu'il 茅tait n茅cessaire de mod茅liser simultan茅ment l'atmosph猫re plan茅taire et les particularit茅s de l'茅toile. Ils affirment qu'une telle prise en compte sera cruciale pour traiter les futures observations d'exoplan猫tes r茅alis茅es par le JWST afin d'en exploiter pleinement le potentiel.

H₂O, CO₂ et nuages dans une atmosph猫re br没lante

Apr猫s avoir soigneusement mod茅lis茅 l'exoplan猫te et l'茅toile du syst猫me HAT-P-18, l'茅quipe d'astronomes a proc茅d茅 脿 une dissection m茅ticuleuse de la composition atmosph茅rique de HAT-P-18 b. En inspectant la lumi猫re qui filtre 脿 travers l'atmosph猫re de l'exoplan猫te lorsqu'elle transite son 茅toile h么te, les chercheurs ont discern茅 la pr茅sence de vapeur d'eau (H₂O) et de dioxyde de carbone (CO₂). Ils ont 茅galement d茅tect茅 la pr茅sence possible de sodium. L'茅quipe a aussi observ茅 des signes 茅vidents de la pr茅sence d'une couche nuageuse dans l'atmosph猫re de HAT-P-18 b, ce qui semble att茅nuer les signaux de nombreuses mol茅cules qui s'y trouvent. De plus, l'茅quipe a conclu que la surface de l'茅toile 茅tait recouverte de nombreuses taches sombres susceptibles d'influencer consid茅rablement l'interpr茅tation des donn茅es.

Une analyse ant茅rieure des m锚mes donn茅es du JWST men茅e par une 茅quipe de l'Universit茅 Johns Hopkins avait 茅galement r茅v茅l茅 une d茅tection claire d'eau et de CO₂, mais aussi la d茅tection de petites particules 脿 haute altitude appel茅es une "brume" et des indices de m茅thane (CH₄). Les travaux des astronomes de l'Universit茅 de Montr茅al, qui ont pris en compte pour la premi猫re fois les caract茅ristiques de la surface de l'茅toile et de l'atmosph猫re de la plan猫te, ont r茅v茅l茅 une image diff茅rente. La d茅tection de CH₄ n'a pas 茅t茅 confirm茅e, et l'abondance de l'eau qu'ils ont d茅termin茅e 茅tait dix fois inf茅rieure 脿 celle trouv茅e pr茅c茅demment. Les chercheurs ont 茅galement constat茅 que la d茅tection de brume par l'茅tude pr茅c茅dente pouvait 锚tre due 脿 des taches stellaires 脿 la surface de l'茅toile, ce qui souligne l'importance de consid茅rer l'茅toile dans l'analyse.

Alors que des mol茅cules comme l'eau, le dioxyde de carbone et le m茅thane peuvent 锚tre interpr茅t茅es comme des biosignatures ou des signes de vie, dans certaines proportions ou en combinaison avec d'autres mol茅cules, les temp茅ratures br没lantes de HAT-P-18 b, qui avoisinent les 600 degr茅s Celsius, ne sont pas de bon augure pour l'habitabilit茅 de la plan猫te.

Les donn茅es du JWST utilis茅es dans cette 茅tude ont 茅t茅 recueillies par l'instrument canadien NIRISS (Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph), qui a fourni aux astronomes la capacit茅 in茅gal茅e de diff茅rencier de nombreuses caract茅ristiques atmosph茅riques de HAT-P-18 b les unes des autres. Les r茅sultats montrent que les observations effectu茅es dans le domaine du visible lointain au proche infrarouge, dans la gamme de longueurs d'onde de l'instrument NIRISS, sont essentielles pour d茅m锚ler les signaux de l'atmosph猫re plan茅taire et de l'茅toile. Les futures observations d'un autre instrument du JWST, le NIRSpec, permettraient d'affiner les r茅sultats de l'茅quipe, comme la d茅tection du CO₂, et d'茅clairer encore davantage les complexit茅s de cette exoplan猫te de type Saturne chaude.

脌 propos de l鈥檃rticle

L鈥檃rticle 鈥溾�� a 茅t茅 publi茅 dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Les auteurs principaux sont Marylou Fournier Tondreau, pr茅c茅demment 茅tudiante 脿 la ma卯trise 脿 l'Institut Trottier de recherche sur les exoplan猫tes (iREx) de l'Universit茅 de Montr茅al (UdeM) et maintenant 茅tudiante au doctorat 脿 l'Universit茅 d'Oxford, Ryan J. MacDonald, chercheur 脿 l鈥橴niversit茅 du Michigan, et Michael Radica, doctorant 脿 l鈥橴deM. Les autres chercheurs de l鈥檌REx qui ont contribu茅 脿 l鈥檃rticle sont David Lafreni猫re (UdeM), Caroline Piaulet (UdeM), Louis-Philippe Coulombe (UdeM), Romain Allart (UdeM), Kim Morel (UdeM), 脡tienne Artigau (UdeM), Lo茂c Albert (UdeM), Olivia Lim (UdeM), Ren茅 Doyon (UdeM), Bj枚rn Benneke (UdeM), Jason Rowe (Bishop鈥檚 U), Antoine Darveau-Bernier (UdeM), Nicolas Cowan (污污草莓视频), Neil Cook (UdeM), Fr茅d茅ric Genest (UdeM), Stefan Pelletier (UdeM), Lisa Dang (UdeM) et Jake Taylor (UdeM et l鈥橴niversit茅 d鈥橭xford). Les autres contributeurs proviennent de l'Arizona State University, de l'Universit茅 Cornell, de l'Universit茅 de Victoria et du Centre de recherche Herzberg en astronomie et en astrophysique du Conseil national de recherches du Canada.