Le télescope spatial James Webb vient de livrer sa première image directe d’une planète en orbite autour d’une étoile lointaine.
La faible lueur de la géante gazeuse a été capturée près d’une jeune étoile située à environ 350 années-lumière, servant de démonstration des capacités du télescope à observer directement des exoplanètes – une tâche techniquement difficile, mais qui nous donne un outil différent des méthodes indirectes les plus couramment utilisées pour l’étude des mondes étrangers.
“C’est un moment de transformation”, déclare la physicienne et astronome Sasha Hinkley de l’université d’Exeter au Royaume-Uni, “non seulement pour Webb mais aussi pour l’astronomie en général.”
À ce jour, plus de 5 000 planètes orbitant autour d’étoiles dans la galaxie de la Voie lactée, en dehors du système solaire, ont été officiellement observées. Parmi ces exoplanètes, la plupart n’ont été observées qu’indirectement, à travers les effets qu’elles ont sur leur étoile hôte.
Lorsqu’une exoplanète passe entre nous et son étoile hôte, la lumière de celle-ci s’atténue, juste un peu. Si nous détectons ces atténuations à intervalles réguliers, nous pouvons en déduire la présence d’une exoplanète en orbite.
De même, la présence d’une exoplanète exercera une minuscule attraction gravitationnelle sur son étoile, que nous pouvons détecter par des changements réguliers de la longueur d’onde de la lumière de l’étoile. Ces deux techniques fonctionnent mieux pour les exoplanètes qui sont très proches de leur étoile.
Il est très rare que nous observions directement une exoplanète ; seule une vingtaine d’entre elles ont été imagées à haut contraste à ce jour. Les exoplanètes sont très éloignées de nos instruments, très petites et très peu lumineuses, surtout si on les compare à la lumière qui brille de leur étoile hôte.
Une exoplanète peut être beaucoup plus faible que le halo de lumière diffractée par l’étoile autour de laquelle elle gravite. Pourtant, c’est le meilleur outil dont nous disposons pour caractériser les exoplanètes qui gravitent autour de leur étoile à de grandes distances, avec des orbites très longues et pluriannuelles.
Les scientifiques spécialistes des exoplanètes fondent de grands espoirs sur le JWST, avec sa grande sensibilité. Et il semble maintenant que ces espoirs soient fondés.
L’exoplanète imagée par le télescope s’appelle HIP 65426 b, en orbite autour d’une étoile de séquence principale de type A appelée HIP 65426 ou HD 116434, à une distance d’environ 110 unités astronomiques – 110 fois la distance entre la Terre et le Soleil.
Elle a été découverte en 2017, grâce à un instrument du Very Large Telescope de l’Observatoire européen austral, appelé SPHERE. Équipé d’un accessoire appelé coronographe, il minimise la lumière de l’étoile pour voir briller l’exoplanète
Dans les longueurs d’onde de l’infrarouge proche détectées par le VLT, l’exoplanète est environ 10 000 fois plus faible que l’étoile.
Comme il se trouve dans l’espace et n’est donc pas affecté par les interférences atmosphériques, et qu’il peut observer des longueurs d’onde infrarouges plus grandes que le VLT, les observations du JWST ont pu révéler de nouveaux détails sur l’exoplanète.
Par exemple, elles ont permis au chercheur de déterminer que HIP 65426 b a une masse d’environ 7,1 fois celle de Jupiter. Il s’agit donc probablement d’une géante gazeuse, donc peu susceptible d’être habitable pour la vie telle que nous la connaissons.
Même aux longueurs d’onde de l’infrarouge moyen observées par l’instrument MIRI du JWST, la détection était difficile, l’exoplanète étant encore quelques milliers de fois moins lumineuse que l’étoile.
Néanmoins, le JWST a pu détecter HIP 65426 b dans ses sept filtres d’observation et a réalisé la première détection directe d’une exoplanète à des longueurs d’onde supérieures à 5 micromètres.
“Obtenir cette image m’a donné l’impression de creuser pour trouver un trésor spatial”, explique l’astronome Aarynn Carter de l’Université de Californie à Santa Cruz. “Au début, tout ce que je voyais était la lumière de l’étoile, mais avec un traitement minutieux de l’image, j’ai pu supprimer cette lumière et découvrir la planète.”
Selon l’équipe, le télescope a dépassé d’un facteur 10 les performances de contraste attendues – ce qui est extrêmement important pour l’imagerie directe d’exoplanètes à haut contraste. Avec les performances de contraste obtenues, l’équipe s’attend à ce que le télescope soit capable de voir des exoplanètes aussi petites qu’un tiers de la masse de Jupiter, au-delà de séparations orbitales de 100 unités astronomiques.
“Je pense que ce qui est le plus excitant est que nous ne faisons que commencer”, dit Carter. “Il y a encore beaucoup d’autres 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 inconnues jusqu’alors.”
Les travaux de recherche de l’équipe ont été soumis au serveur de préimpression arXiv, et ont été soumis à un examen par les pairs.