Spectre de transmission de l'exoplanète WASP-96 b – NIRISS

2022-07-12 - Spectre de transmission réalisé à partir d'une seule observation avec l'imageur et spectrographe sans fente dans le proche infrarouge (NIRISS) de Webb qui révèle des caractéristiques de l'atmosphère de la géante gazeuse chaude WASP-96 b. (Source : NASA/ESA/ASC/STScI.)

Spectre de transmission réalisé à partir d'une seule observation avec l'imageur et spectrographe sans fente dans le proche infrarouge (NIRISS) de Webb qui révèle des caractéristiques de l'atmosphère de la géante gazeuse chaude WASP-96 b.

On obtient un spectre de transmission en comparant la lumière stellaire filtrée par l'atmosphère d'une planète qui passe devant son étoile à celle non filtrée détectée quand la planète est à côté de son étoile. Chacun des 141 points de données (points blancs) sur ce graphique représente la quantité d'une longueur d'onde précise bloquée par la planète et absorbée par son atmosphère.

Dans cette observation, les longueurs d'onde détectées par le NIRISS vont de 0,6 micromètre (rouge) à 2,8 micromètres (proche infrarouge). La quantité de lumière stellaire bloquée varie d'environ 13 600 parties par million (1,36 %) à 14 700 parties par million (1,47 %).

Les chercheurs sont capables de détecter les principaux gaz dans l'atmosphère d'une planète et d'en mesurer la quantité en se basant sur le modèle d'absorption – l'emplacement et la hauteur des pics sur le graphique : chaque gaz absorbe la lumière dans des longueurs d'onde bien particulières. La température de l'atmosphère peut être calculée en partie en fonction de la hauteur des pics : des pics élevés indiquent une température élevée. D'autres caractéristiques, comme la présence de brume et de nuages, peuvent être déduites en fonction de la forme globale de différentes parties du spectre.  

Les lignes grises au-dessus et au-dessous de chaque point de données indiquent les marges d'erreur de chaque mesure ou la plage raisonnable de valeurs réelles possibles. Pour une seule observation, l'erreur sur ces mesures est remarquablement faible.

La ligne bleue est une courbe d'ajustement qui tient compte des données, des propriétés connues de WASP-96 b et de son étoile (p. ex. la taille, la masse, la température) et des caractéristiques supposées de l'atmosphère. Les chercheurs peuvent modifier les paramètres de la courbe d'ajustement – en changeant certaines caractéristiques inconnues comme la hauteur des nuages dans l'atmosphère et la quantité de divers gaz – pour qu'elle permette de mieux comprendre à quoi ressemble vraiment l'atmosphère. La différence entre la courbe d'ajustement montrée ici et les données témoigne simplement du travail subséquent nécessaire à l'analyse et à l'interprétation des données et des caractéristiques de la planète. 

Il faudra plus de temps pour effectuer l'analyse complète du spectre, mais il est possible de tirer un certain nombre de conclusions préliminaires. Les pics marqués dans le spectre indiquent la présence de vapeur d'eau. La hauteur de ces pics, inférieure à ce que l'on attendait d'après des observations antérieures, est la preuve de la présence de nuages qui masquent les caractéristiques de la vapeur d'eau. La diminution progressive du gradient spectral à gauche (longueurs d'onde plus courtes) indique une éventuelle brume. La hauteur des pics ainsi que d'autres caractéristiques du spectre servent à calculer la température atmosphérique, estimée à environ 1350 °F (725 °C).  

C'est le spectre de transmission dans le proche infrarouge le plus détaillé jamais obtenu de l'atmosphère d'une exoplanète, le premier qui inclut des longueurs d'onde de plus de 1,6 micromètre à une résolution et d'une précision aussi élevées, et le premier à couvrir d'un coup toutes les longueurs d'onde de 0,6 micromètre (lumière rouge visible) à 2,8 micromètres (proche infrarouge). La rapidité avec laquelle les chercheurs ont pu proposer des interprétations fiables du spectre témoigne aussi de la qualité des données.

L'observation a été faite dans le mode de spectroscopie sans fente sur un seul objet de NIRISS, où est capté le spectre d'un seul objet brillant à la fois, comme l'étoile WASP-96, dans le champ de vision. 

WASP-96 b est une géante gazeuse chaude en orbite autour d'une étoile semblable au Soleil à environ 1150 années-lumière dans la constellation du Phénix. La planète se trouve très près de son étoile (moins du vingtième de la distance entre la Terre et le Soleil) : il faut moins de 3,5 jours terrestres pour faire une révolution. La découverte de la planète, basée sur des observations au sol, a été annoncée en 2014. L'étoile WASP-96 est un peu plus vieille que le Soleil, mais elle a environ la même taille, la même masse, la même température et la même couleur.

La représentation de WASP-96 b et de son étoile derrière le graphique est une vue d'artiste basée sur ce qu'on comprend actuellement de la planète à partir des données spectroscopiques de NIRISS et des observations antérieures effectuées au sol et dans l'espace. Le télescope Webb n'a pas capté directement une image de la planète ou de son atmosphère.

Le NIRISS a été fourni par l'Agence spatiale canadienne. L'instrument a été conçu et construit par Honeywell en collaboration avec l'Université de Montréal et le Conseil national de recherches du Canada.