Une 茅tude de l'exoplan猫te TRAPPIST-1 b d茅voile de nouveaux d茅tails sur son atmosph猫re et son 茅toile
Une 茅quipe d'astronomes a fait une avanc茅e importante dans notre compr茅hension de l'intrigant syst猫me exoplan茅taire TRAPPIST-1. Leurs recherches ont non seulement permis de mieux comprendre la nature de TRAPPIST-1 b, l'exoplan猫te qui orbite le plus pr猫s de l'茅toile du syst猫me, mais elles ont 茅galement montr茅 l'importance des 茅toiles parentes dans l'茅tude des exoplan猫tes. Les r茅sultats, , mettent en lumi猫re l'interaction complexe entre l'activit茅 stellaire et les caract茅ristiques des exoplan猫tes.
TRAPPIST-1, une 茅toile beaucoup plus petite et plus froide que notre Soleil situ茅e 脿 environ 40 ann茅es-lumi猫re de la Terre, attire l'attention des scientifiques et des amateurs de l'espace depuis la d茅couverte de ses sept exoplan猫tes de la taille de la Terre en 2016. Ces mondes, tous tr猫s rapproch茅s de leur 茅toile et dont trois se trouvent dans sa zone habitable, ont aliment茅 l'espoir de trouver des conditions potentiellement habitables au-del脿 de notre Syst猫me solaire.
Une 茅quipe de recherche, dirig茅e par Olivia Lim de l'Institut Trottier de recherche sur les exoplan猫tes (iREx) de l'Universit茅 de Montr茅al (UdeM), a utilis茅 le puissant t茅lescope spatial James Webb (JWST) pour observer l'exoplan猫te TRAPPIST-1 b. Ces observations ont 茅t茅 recueillies dans le cadre du plus important programme d'observateurs g茅n茅raux (GO) dirig茅 par le Canada au cours de la premi猫re ann茅e d'exploitation du JWST. Ce programme comprenait 茅galement l'observation de trois autres plan猫tes du syst猫me, TRAPPIST-1 c, g et h. TRAPPIST-1 b a 茅t茅 observ茅e lors de deux transits, c鈥檈st-脿-dire le moment o霉 la plan猫te passe devant son 茅toile, 脿 l'aide de l'instrument canadien NIRISS 脿 bord du JWST.
聽芦聽L'茅toile TRAPPIST-1 est une naine rouge, ce qui pose des probl猫mes uniques : tout d'abord, elle pourrait avoir st茅rilis茅 toutes ses plan猫tes il y a des milliards d'ann茅es, lorsqu'elles 茅taient jeunes. C'est pourquoi il est si important d'茅tudier ces plan猫tes avec le JWST : elles peuvent 锚tre habitables ou n'锚tre que des rochers sans air. Deuxi猫mement, les naines rouges sont plus tachet茅es et ont plus d'茅ruptions que les 茅toiles comme le Soleil. Il est donc tr猫s difficile de savoir si nous d茅tectons r茅ellement l'atmosph猫re d'une exoplan猫te terrestre ou si nous constatons simplement une contamination stellaire dans nos donn茅es. Nous avons vraiment besoin d'observations intensives de cette 茅toile pour donner un sens aux spectres de transit que nous obtenons avec le JWST, 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 McGill et coauteur de l'茅tude.
L'茅tude a utilis茅 la technique de la spectroscopie de transmission pour obtenir des informations importantes sur les propri茅t茅s de ce monde lointain. En analysant la lumi猫re de l'茅toile centrale apr猫s qu'elle ait travers茅 l'atmosph猫re de l'exoplan猫te lors d'un transit, les astronomes peuvent voir l'empreinte unique laiss茅e par les mol茅cules et les atomes pr茅sents dans cette atmosph猫re.
"Il ne s'agit que d'un petit sous-ensemble des nombreuses observations de ce syst猫me plan茅taire unique qui doivent encore 锚tre r茅alis茅es et analys茅es", ajoute Ren茅 Doyon, chercheur principal de l'instrument NIRISS et co-auteur de l'茅tude. "Ces premi猫res observations mettent en 茅vidence la puissance de NIRISS et du JWST en g茅n茅ral pour sonder les atmosph猫res minces autour des plan猫tes rocheuses".
Conna卯tre son 茅toile, conna卯tre sa plan猫te
La principale conclusion de l'茅tude est l'impact significatif de l'activit茅 et de la contamination stellaires lorsqu'il s'agit de d茅terminer la nature d'une exoplan猫te. La contamination stellaire d茅signe l'influence des caract茅ristiques propres 脿 l'茅toile, telles que les taches sombres et les plages brillantes (nomm茅es 鈥渇acules鈥�), sur les mesures de l'atmosph猫re de l'exoplan猫te.
L'茅quipe a trouv茅 des preuves irr茅futables que la contamination stellaire est un facteur incontournable dans l鈥檃nalyse des spectres de transmission de TRAPPIST-1 b et, sans doute, des autres plan猫tes du syst猫me. L'activit茅 de l'茅toile centrale peut cr茅er des "signaux fant么mes" qui peuvent tromper l'observateur en lui faisant croire qu'il a d茅tect茅 une mol茅cule particuli猫re dans l'atmosph猫re de l'exoplan猫te. Ce r茅sultat souligne l'importance de prendre en compte la contamination stellaire lors de la planification des futures observations de tous les syst猫mes exoplan茅taires. Ceci est particuli猫rement vrai pour les syst猫mes comme TRAPPIST-1, puisque le syst猫me est centr茅 autour d'une 茅toile naine rouge qui peut 锚tre particuli猫rement active avec des taches stellaires et des 茅ruptions fr茅quentes.
"En plus de la contamination par les taches stellaires et les facules, nous avons observ茅 une 茅ruption stellaire, un 茅v茅nement impr茅visible au cours duquel l'茅toile devient plus brillante pendant plusieurs minutes ou plusieurs heures", explique Olivia Lim. "Cette 茅ruption a affect茅 notre mesure de la quantit茅 de lumi猫re bloqu茅e par la plan猫te. De telles signatures de l'activit茅 stellaire sont difficiles 脿 mod茅liser, mais nous devons en tenir compte pour 锚tre s没rs d'interpr茅ter correctement les donn茅es."
Pas d'atmosph猫re significative sur TRAPPIST-1 b
Si les sept plan猫tes de TRAPPIST-1 ont 茅t茅 des candidates s茅duisantes dans la recherche d'une Terre 2.0, une exoplan猫te semblable 脿 notre Terre, la proximit茅 de TRAPPIST-1 b avec son 茅toile signifie qu'elle se trouve dans des conditions plus difficiles que ses consoeurs. Elle re莽oit quatre fois plus de rayonnement stellaire que la Terre et sa temp茅rature de surface se situe entre 120 et 220 degr茅s Celsius. Cependant, si TRAPPIST-1 b avait une atmosph猫re, elle serait la plus facile 脿 d茅tecter et 脿 caract茅riser de toutes les cibles du syst猫me. TRAPPIST-1 b 茅tant la plan猫te la plus proche de son 茅toile et donc la plus chaude du syst猫me, son transit cr茅e un signal plus fort. Tous ces facteurs font de TRAPPIST-1 b une cible d'observation importante, mais posant un d茅fi consid茅rable.
Pour tenir compte de l'impact de la contamination stellaire, l'茅quipe a proc茅d茅 脿 deux extractions atmosph茅riques ind茅pendantes, soit des techniques permettant de d茅terminer le type d'atmosph猫re pr茅sent sur TRAPPIST-1 b sur la base des observations. Dans la premi猫re approche, la contamination stellaire a 茅t茅 supprim茅e des donn茅es avant leur analyse. Dans la seconde approche, la contamination stellaire et l'atmosph猫re plan茅taire ont 茅t茅 mod茅lis茅es et ajust茅es simultan茅ment. Dans les deux cas, les r茅sultats ont indiqu茅 que les spectres de TRAPPIST-1 b pouvaient bien correspondre 脿 la contamination stellaire mod茅lis茅e sans autres facteurs. Cela sugg猫re qu'il n'y a pas de preuve d'une atmosph猫re significative sur la plan猫te. Un tel r茅sultat est fondamental, car il indique aux astronomes quels types d'atmosph猫res sont incompatibles avec les donn茅es observ茅es.
Sur la base des observations recueillies par le JWST, Olivia Lim et son 茅quipe ont explor茅 une s茅rie de mod猫les atmosph茅riques pour TRAPPIST-1 b, en examinant diverses compositions et divers sc茅narios possibles. Ils ont constat茅 que les atmosph猫res sans nuages et riches en hydrog猫ne 茅taient exclues avec un degr茅 de confiance 茅lev茅. Cela signifie qu'il ne semble pas y avoir d'atmosph猫re claire et 茅tendue autour de TRAPPIST-1 b. Cependant, les donn茅es n'ont pas permis d'exclure avec certitude des atmosph猫res plus fines, telles que celles compos茅es d'eau pure, de dioxyde de carbone ou de m茅thane, ni une atmosph猫re similaire 脿 celle de Titan, une lune de Saturne et la seule lune du Syst猫me solaire 脿 poss茅der sa propre atmosph猫re. Ces r茅sultats correspondent bien avec ceux des observations pr茅c茅dentes de TRAPPIST-1 b (photom茅triques, et non spectroscopiques) effectu茅es par le JWST ( et ) 脿 l'aide de l'instrument MIRI. En outre, l'茅tude a prouv茅 que l'instrument canadien NIRISS est un outil tr猫s performant et sensible, capable de sonder les atmosph猫res des exoplan猫tes de la taille de la Terre 脿 des niveaux impressionnants.
Les nouvelles connaissances acquises gr芒ce 脿 cette 茅tude ont permis aux scientifiques d'approfondir leur compr茅hension du syst猫me TRAPPIST-1 et de souligner la n茅cessit茅 d'effectuer davantage d'observations et de recherches approfondies qui tiennent compte 脿 la fois de la contamination stellaire et de l'atmosph猫re des plan猫tes. Alors que les astronomes continuent d'explorer les vastes 茅tendues de l'espace, ces r茅sultats guideront les futurs programmes d'observation du JWST et d'autres missions, et contribueront 脿 une meilleure compr茅hension des atmosph猫res exoplan茅taires et de leur habitabilit茅 potentielle.
脌 propos de l鈥櫭﹖ude
L鈥檃rticle 鈥淎tmospheric Reconnaissance of TRAPPIST-1 b with JWST/NIRISS: Evidence for Strong Stellar Contamination in the Transmission Spectra鈥� a 茅t茅 publi茅 dans la revue Astrophysical Journal Letters le 22 septembre, 2023. L'auteure principale est Olivia Lim, doctorante 脿 l'Institut Trottier de recherche sur les exoplan猫tes de l'Universit茅 de Montr茅al (UdeM). Les autres chercheurs de l'iREx qui ont contribu茅 脿 cet article sont Bj枚rn Benneke (UdeM), Ren茅 Doyon (UdeM), Caroline Piaulet (UdeM), 脡tienne Artigau (UdeM), Louis-Philippe Coulombe (UdeM), Michael Radica (UdeM), Alexandrine L'Heureux (UdeM), Lo茂c Albert (UdeM), Salma Salhi (UdeM et Universit茅 de Calgary), Pierre-Alexis Roy (UdeM), Marylou Fournier-Tondreau (UdeM), Jake Taylor (UdeM et Universit茅 d'Oxford), Neil Cook (UdeM), David Lafreni猫re (UdeM), Nicolas Cowan (Universit茅 McGill), Jason Rowe (Universit茅 Bishop's), Lisa Dang (UdeM), et Antoine Darveau-Bernier (UdeM). D'autres contributeurs sont bas茅s 脿 l'Universit茅 du Michigan, au MIT, 脿 l'Universit茅 Cornell, au STScI, et 脿 l'Universit茅 Johns Hopkins.
