Image coronographique à 23 μm Boccaletti et al.
Neuf mois après son lancement, le télescope spatial James Webb fournit des images inédites d’une exoplanète, les premières jamais obtenues dans l’infrarouge moyen. Ce type d’images doit révolutionner notre connaissance des mondes extrasolaires. Une équipe d’astronomes français a été impliquée dans les observations de cette planète et dans la conception des coronographes du télescope.
Lancé le 25 décembre 2021, le James Webb a terminé sa phase de tests en Juillet 2022. Les programmes scientifiques ont depuis débuté et produisent déjà leurs premiers résultats, dont la première image d’une exoplanète obtenue dans l’infrarouge moyen, HIP 65426 b. Il s’agit d’une exoplanète géante très jeune, d’environ 15 millions d’années, située à 90 unités astronomiques de son étoile. D’une masse estimée à environ 7 masses de Jupiter, elle avait été découverte avec l’instrument européen Sphere au Very Large Telescope en 2017. Les instruments du James Webb rendent désormais possible son observation directe dans l’infrarouge.
C’est grâce aux instruments NIRCAM et MIRI qu’HIP 65426 vient d’être observée dans le cadre d’un programme « Early Release Science » mené par une collaboration internationale incluant plusieurs chercheurs français des laboratoires du CEA/Irfu/DAp-AIM, de l'IPAG, du LAM, du LESI, et du J-L Lagrange. MIRI est le seul instrument en infrarouge moyen du James Webb. Son système imageur a été conçu en partie par un consortium de laboratoires français mené par le laboratoire DAp-AIM. Il embarque un système coronographique grâce auquel la lumière provenant de l’étoile centrale est fortement atténuée, ce qui permet d’obtenir des images des exoplanètes et d’étudier leur atmosphère. Les coronographes de MIRI, qui reposent sur une innovation technologique inventée à l’Observatoire de Paris-PSL atteignent des performances meilleures que celles initialement prévues. La publication récente de ces résultats montre que la lumière stellaire peut être atténuée d’un facteur 10 000 à 100 000. Ces coronographes fonctionnent aux longueurs d’ondes de 10,65 μm, 11,40 μm et 15,50 μm, choisies spécialement pour sonder l’atmosphère des exoplanètes géantes, identifier des molécules comme l’ammoniac, et complémenter les observations obtenues au sol en infrarouge proche.
Images de l’exoplanète HIP 65426 b observées par NIRCAM (3,3 μm et 4,4 μm) et MIRI (11,4 μm et 15,5 μm). L’étoile blanche indique la position de l'étoile hôte. NASA/STScI/ESA publié par Carter et al. 2022
Les données recueillies sur HIP 65426 b fournissent la première mesure fiable de la température qui règne dans l’atmosphère de cette exoplanète : 1400°C. Cela correspond à la température de la flamme d’un briquet. On s’attend ainsi à ce que des petits grains de poussière formés de silicates se forment et restent en suspension dans l’atmosphère de l’objet. JWST démontre ainsi son potentiel pour étudier en détail les propriétés physico-chimiques de ces mondes extrasolaires et mieux comprendre leur formation. Les images pourraient aussi révéler de nouvelles planètes encore inconnues dans ces systèmes.
Ces images spectaculaires sont les premières du programme ERS 1387, entièrement dédié aux observations directes de systèmes planétaires proches . Les chercheurs étudieront notamment un système encore plus jeune de 5 millions d'années, autour duquel il reste encore énormément de gaz et de poussières pour par exemple déterminer si ces poussières contiennent de la glace d'eau comme les comètes dans notre système solaire.
Images coronographiques simulées (en haut) et mesurées (en bas) avec les 4 coronographes de MIRI fonctionnant aux longueurs d’onde 10,65 μm, 11,40 μm, 15,50 μm et 23,00 μm, Boccaletti et al. 2022
articles:
- The JWST Early Release Science Program for Direct Observations of Exoplanetary Systems I: High Contrast Imaging of the Exoplanet HIP 65426 b from 2−16 µm (Carter et al. 2022)
- JWST/MIRI coronagraphic performances as measured on-sky (Boccaletti et al. 2022)
En savoir plus sur les actualités du JWST
- sur le site JWST France
- et sur le site du STScI(Space Telescope Science Institute) in Baltimore.
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