La collecte d'informations détaillées sur les exoplanètes est extrêmement difficile. Mais maintenant, une équipe utilisant des technologies de pointe à l'Observatoire de Keck a fait un grand saut dans l'observation des exoplanètes et a détecté de l'eau dans l'atmosphère d'une planète à 179 années-lumière.
Le système solaire au cœur de cela comprend une étoile appelée HR 8799, et ses planètes: HR 8799 b, c, d et e. Le système est à 179 années-lumière dans la constellation de Pégase. L'étoile elle-même est une étoile de séquence principale vieille de 30 millions d'années. Il est remarquable pour un certain nombre de raisons, notamment ses propres propriétés stellaires étranges. Mais cela a été remarquable pour une autre raison importante. En 2008, les scientifiques ont annoncé qu'ils avaient directement observé trois exoplanètes autour de l'étoile - HR 8799b, c et d - à l'aide des télescopes Keck et Gemini. Puis en 2010, ils ont annoncé la découverte d'une quatrième planète, HR 8799 e.
Cette nouvelle annonce s'appuie sur les travaux antérieurs de 2008, et les astronomes derrière cette étude appellent la dernière annonce un «tremplin» sur la voie vers de meilleures images d'exoplanètes.
Les nouvelles observations sont de HR 8799 c, observées pour la première fois en 2008. C'est une jeune planète gazeuse géante d'environ 7 fois la masse de Jupiter qui orbite autour de son étoile tous les 200 ans. Ces nouvelles observations en imagerie directe confirment la présence d'eau dans l'atmosphère et confirment le manque de méthane.
"Ce type de technologie est exactement ce que nous voulons utiliser à l'avenir pour rechercher des signes de vie sur une planète semblable à la Terre." - Dimitri Mawet, auteur de l'étude, Caltech et JPL.
Ces nouvelles observations proviennent d'une puissante combinaison de deux technologies de télescopes à Keck. Le premier est l'optique adaptative. L’optique adaptative contrecarre les effets de flou de l’atmosphère terrestre. Le second est un spectromètre sur le télescope Keck 2 appelé Spectrograph Cryogenic Echelle Near-Infrared (NIRSPEC), un spectromètre à haute résolution qui fonctionne dans la lumière infrarouge.
«Ce type de technologie est exactement ce que nous voulons utiliser à l'avenir pour rechercher des signes de vie sur une planète semblable à la Terre. Nous n'en sommes pas encore là, mais nous allons de l'avant », explique Dimitri Mawet, professeur agrégé d'astronomie à Caltech et chercheur au JPL, que Caltech gère pour la NASA, et co-auteur de l'étude qui a présenté ces résultats.
Les nouvelles découvertes ont été publiées dans le Astronomical Journal. L'auteur principal est Ji Wang, anciennement chercheur postdoctoral à Caltech et maintenant professeur adjoint à l'Ohio State University.
Jusqu'à présent, les astronomes ont directement imagé plus d'une douzaine d'exoplanètes. Le système HR 8799 est le premier système multi-planètes à avoir été directement imagé. Mais les images ne sont que la première étape de cette étude.
Une fois prises, les images peuvent être analysées pour la composition chimique dans leurs atmosphères. C'est là qu'intervient la spectroscopie. Dans ce cas, les capacités raffinées de NIRSPEC étaient essentielles.
NIRSPEC est un instrument du télescope Keck 2 qui fonctionne dans la bande L infrarouge. La bande L est un type de lumière infrarouge avec une longueur d'onde d'environ 3,5 micromètres et une région du spectre avec de nombreuses empreintes chimiques détaillées. «La bande L a été largement ignorée auparavant, car le ciel est plus lumineux à cette longueur d'onde», explique Mawet. "Si vous étiez un extraterrestre avec des yeux réglés sur la bande L, vous verriez un ciel extrêmement lumineux. Il est difficile de voir les exoplanètes à travers ce voile. "
En combinant la spectographie en bande L avec l'optique adaptative, ils ont surmonté les difficultés d'observation d'une planète dont la lumière est presque noyée par son étoile. Ils ont pu encore faire des mesures précises de la planète, confirmant la présence d'eau et l'absence de méthane.
"En ce moment, avec Keck, nous pouvons déjà en apprendre davantage sur la physique et la dynamique de ces planètes exotiques géantes, qui ne ressemblent en rien à nos propres planètes du système solaire", explique Wang.
«Nous sommes désormais plus certains du manque de méthane sur cette planète», explique Wang. "Cela peut être dû au mélange dans l'atmosphère de la planète. Le méthane, que l'on s'attendrait à voir à la surface, pourrait être dilué si le processus de convection fait remonter des couches plus profondes de la planète qui n'ont pas de méthane. "
L’équipe de Mawet se prépare déjà pour le prochain et plus récent instrument à l’observatoire de Keck. Il s’appelle le KPIC (Keck Planet Imager and Characterizer). KPIC utilisera l'optique adaptative et la spectroscopie, mais pour un effet encore meilleur. Avec KPIC, les astronomes pourront imaginer des planètes encore plus faibles et plus proches de leur étoile que HR 8799c.
Et l'avenir est encore plus prometteur pour l'imagerie des exoplanètes. La technologie derrière l'optique adaptative et la spectroscopie qui a aidé à l'image de cette planète sera mise en service sur nos futurs télescopes.
«KPIC est un tremplin pour notre futur instrument de télescope de trente mètres», explique Mawet. "Pour l'instant, nous apprenons beaucoup sur la myriade de façons dont les planètes de notre univers se forment."
- Communiqué de presse: Tremplins d'exoplanètes
- Document de recherche: Détection de l'eau dans l'atmosphère de HR 8799 c avec la spectroscopie à haute dispersion en bande L aidée par l'optique adaptative
- Entrée Wikipedia: HR 8799
- Document de recherche: imagerie directe de plusieurs planètes en orbite autour de l'étoile HR 8799
- Observatoire de Keck: Instrumentation du télescope
