Les quatre exoplanètes géantes du système HR8799 se dévoilent au JWST

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’onde qui n’avait encore jamais été utilisée. 

En effet, les exoplanètes se situent très proches de leurs étoiles hôtes qui sont aussi beaucoup plus brillantes, et donc moins facilement observables. Pour les détecter, il est nécessaire d’utiliser un coronographe, système utilisé pour atténuer la lumière stellaire et ainsi dévoiler les planètes dans leur orbite. 

Une équipe française impliquant des scientifiques CNRS Terre & Univers (voir encadré) a conçu dans les années 2000 un coronographe de type nouveau : le masque de phase à quatre quadrants. 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. Ce système permet, pour la première fois, d’obtenir des images d’exoplanètes à des longueurs d’ondes de 10 à 20 microns.

Grâce à cette technologie, basée sur des mesures photométriques en infrarouge moyen et combinée aux observations en proche infrarouge depuis le sol, une nouvelle estimation, plus fine, du diamètre de ces planètes (entre 1 et 1.5 rayons de Jupiter) est rendue possible. Celle-ci semble plus cohérente avec les prédictions des modèles d’évolution planétaires, étant donné leur âge de 30 Ma. 

Par ailleurs, alors que l’on s’attendait à détecter seulement trois de ces planètes, la sensibilité du coronographe de MIRI a permis de détecter également une quatrième, encore plus proche de l’étoile HR8799. 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, contribuant encore davantage à notre connaissance des mécanismes de la formation des exoplanètes.