mardi 28 mai 2024
Le coronographe de MIRI à bord du James Webb permet la première observation en infrarouge moyen des quatre planètes géantes jeunes du système HR8799 et obtient la première image d’un disque de poussière interne. La mesure de leur intensité favorise un rayon plus grand que celui obtenu précédemment, ce qui semble en meilleur accord avec les théories d’évolution planétaire.
Obtenir des images directes d’exoplanètes permet d’étudier leur atmosphère et leur environnement en mesurant leur intensité dans différentes longueurs d’ondes. On connaît déjà plusieurs de ces systèmes grâce aux instruments au sol équipés d’optiques adaptatives extrêmes sur des télescopes de 8 à 10 mètres. Mais le télescope spatial James Webb ouvre l’accès vers l’infrarouge moyen, une gamme de longueur d’ondes qui n’avait encore jamais été utilisée pour imager des systèmes exoplanétaires.
Des observations obtenues en novembre 2023 avec l’instrument MIRI du JWST ont permis non seulement de détecter et mesurer l’intensité en infrarouge moyen des quatre planètes géantes jeunes qui orbitent autour de l’étoile HR8799, mais aussi d’obtenir la première image du disque de poussières interne (Figure 1).
Images du système HR 8799 révélant 4 planètes géantes jeunes à 10.65 et 11.40 microns (1 et 2), et le disque interne de poussières à 15.50 et 23 microns (3 et 4), ce dernier étant plus brillant que les planètes aux longueurs les plus élevées.
Crédit : Boccaletti et al. 2024 A&A 686, A33
Les exoplanètes se situent très proches de leurs étoiles hôtes qui sont aussi beaucoup plus brillantes. Il faut donc un système appelé coronographe pour atténuer la lumière stellaire et observer les planètes. L’équipe française au LESIA de l’Observatoire de Paris-PSL et au laboratoire AIM du CEA a conçu dans les années 2000 un coronographe de type nouveau, le masque de phase à quatre quadrants (Figure 2). Trois de ces masques ainsi qu’un masque dit de « Lyot » (du nom de l’inventeur du coronographe solaire dans les années 1930) sont installés dans l’instrument MIRI (dont le système imageur a été conçu et réalisé en France). Ils permettent pour la première fois d’obtenir des images d’exoplanètes à des longueurs d’ondes de 10 à 20 microns.
Images de synthèse (Fab&Fab) de l’arrière du JWST contenant les instruments scientifiques, et de l’imageur de MIRI montrant le support mécanique des masques coronographiques.
Les mesures photométriques en infrarouge moyen, combinées aux observations en proche infrarouge depuis le sol, permettent une nouvelle estimation du diamètre de ces planètes (entre 1 et 1.5 rayons de Jupiter) qui semble plus cohérente avec les prédictions des modèles d’évolution, étant donné leur âge de 30 Ma. Alors que l’on s’attendait à détecter seulement trois de ces planètes, la sensibilité du coronographe de MIRI a permis de détecter également la quatrième planète, plus proche de l’étoile.
La présence d’ammoniac dans l’atmosphère, qui était recherchée dans la moins chaude des quatre planètes, n’a pas pu être confirmée. Enfin, le disque interne constitué de poussières micrométriques, n’avait encore jamais été imagé. Sa présence implique qu’il n’y a probablement pas d’autres planètes géantes à moins de 15 unités astronomiques de l’étoile.
D’autres systèmes exoplanétaires jeunes seront observés avec le coronographe de MIRI en recherchant notamment la signature de l’ammoniac pour les planètes de température inférieure à 1000 Kelvin.
"Imaging detection of the inner dust belt and the four exoplanets in the HR 8799 system with JWST’s MIRI coronagraph", Anthony Boccaletti et al. Astronomy & Astrophysics (A&A), 686, A33 (2024)
https://doi.org/10.1051/0004-6361/202347912
