Comment le télescope spatial James Webb chassera les exoplanètes

Quand le Télescope spatial James Webb fraîchement lancé entièrement déployé et mis en ligne, il ne s’agira pas simplement d’un outil supplémentaire permettant aux astronomes d’explorer l’univers. Grâce à sa technologie de spectroscopie de pointe, il pourra scruter l'obscurité de l'espace et voir les objets lointains avec plus de détails que jamais – bien plus que son prédécesseur, le Hubble Space Télescope. Cela va révolutionner notre compréhension des exoplanètes et pourrait même nous aider à découvrir d’où nous venons et où d’autres endroits de l’univers pourraient être habitables.

Pour savoir comment le télescope spatial James Webb nous aidera à étudier des boules de roche en rotation à des milliards de kilomètres (et pourquoi les astronomes le souhaitent), nous avons parlé à deux chercheurs qui travailleront avec James Webb après le déploiement: Néstor Espinoza du Space Telescope Science Institute et Antonella Nota de l'Agence spatiale européenne (ESA).

Un pas de géant en avant

Ces dernières années, les chercheurs ont identifié des planètes en dehors de notre système solaire à l'aide de télescopes comme TESS (le Transiting Exoplanet Survey Satellite) ou le Télescope spatial Kepler. Ceux-ci sont capables d'observer les étoiles les plus brillantes et de constater les changements de leur luminosité lorsqu'une planète passe entre elles et nous grâce à une technique appelée méthode de transit. Il s’agit d’un exploit d’observation scientifique impressionnant, mais cela ne nous dit pas grand-chose sur la nature de ces planètes – juste leur taille approximative et parfois leur masse.

Si nous voulons savoir à quoi ressemble une planète: a-t-elle une atmosphère? de quoi est-il composé? y a-t-il des nuages ​​dans le ciel? y a-t-il de l'eau là-bas? - nous devons examiner cela de manière beaucoup plus détaillée. C’est ce que Webb va faire, mais c’est un énorme défi technique. C’est pourquoi la NASA, l’ESA et l’Agence spatiale canadienne (ASC) travaillent ensemble sur ce projet.

"Webb est cent fois plus sensible que Hubble, et grâce à cela, Webb sera en mesure de révéler le les moindres détails dans les coins les plus reculés de l'univers très lointain, avec une résolution exquise », Nota expliqué.

Alors que Hubble a été habitué à en savoir plus sur les exoplanètes, Espinoza a déclaré: « la vision que cela vous donne est très étroite. Cela vous donne peut-être une fonctionnalité. En comparaison, a-t-il dit, Webb sera « époustouflant », nous permettant de voir plusieurs caractéristiques à la fois et d’observer des planètes plus petites. "Ce sera notre premier changement pour examiner en détail des planètes plus petites."

Hubble fonctionne également dans la longueur d’onde de la lumière visible, capturant des images dans la plage de lumière que nous pouvons voir. Mais James Webb travaillera dans la longueur d'onde infrarouge, qui peut détecter différentes caractéristiques et regardez à travers la poussière obscurcissante, « ouvrant une fenêtre sur un univers qui sera complètement nouveau », comme le dit Nota. Mets-le.

Hubble et Webb pourront travailler ensemble, collectant des données complémentaires sur les mêmes cibles. Alors si vous aimez le de belles images de l'espace capturées par Hubble, ne vous inquiétez pas, ceux-ci ne disparaîtront pas. Nous obtiendrons simplement un autre outil pour une compréhension encore plus approfondie.

« James Webb va être révolutionnaire. Littéralement révolutionnaire », a déclaré Espinoza. « Cela va nous permettre de voir des choses que nous attendions depuis longtemps mais que nous n’avons pas encore détectées. j'avais la technologie pour voir, et je suis presque sûr qu'elle va détecter des choses auxquelles nous ne pensons pas de."

Mise à jour de la technologie Hubble des années 1980

Les chercheurs ont accompli un travail remarquable pour rechercher et connaître les exoplanètes à l’aide des instruments actuellement disponibles, découvrant jusqu’à présent plus de 4 000 exoplanètes. Ce domaine est cependant très récent, les premières planètes extérieures à notre système solaire ayant été identifiées dans les années 1990. Cela signifie que de nombreux instruments de la génération actuelle, comme Hubble, n’ont jamais été conçus pour étudier les exoplanètes.

"Hubble est une technologie des années 80", a déclaré Espinoza. « Rien contre les années 80 – j’aime les années 80, surtout la musique! – mais la technologie a beaucoup évolué. Le type de détecteurs que nous avions à l’époque n’est rien comparé au type de détecteurs dont nous disposons aujourd’hui.

James Webb, quant à lui, a été conçu dans le but spécifique d'être utilisé pour la caractérisation des exoplanètes, et cela a été à l'avant-garde de ses principes de conception. Par exemple, lorsque Webb pointe une étoile, il pointe vers un pixel particulier avec une très grande précision et il ne le fera pas. bouger du tout, permettant aux chercheurs de mesurer très précisément toute baisse de luminosité qui pourrait donner des indices sur une planète dans orbite.

Ce niveau de précision permet à Webb de remplir sa fonction la plus passionnante liée aux exoplanètes: détecter si une exoplanète a une atmosphère et de quoi cette atmosphère est composée. "Les petits détails qui comptent énormément lorsque vous essayez de détecter l'atmosphère d'une exoplanète", a expliqué Espinoza.

Étudier les exoplanètes grâce à la lumière infrarouge

Bien que les chercheurs aient trouvé quelques des manières très créatives à détecter les atmosphères des exoplanètes, ce n’est pas quelque chose pour lequel les instruments actuels ont été conçus. C’est pourquoi les capacités de Webb seront si révolutionnaires.

Pour scruter l'univers, Webb dispose de quatre instruments qui examineront dans la longueur d'onde infrarouge. Ils comprennent la caméra proche infrarouge (NIRCam) et le spectrographe proche infrarouge (NIRSpec). Ensuite, il y a le capteur de guidage fin/imageur proche infrarouge et spectrographe sans fente (FGS/NIRISS), qui, comme leurs noms l’indiquent, examineront la bande proche infrarouge. Enfin, il y a le Mid-Infrared Instrument (MIRI), qui examine une large gamme d’infrarouge lointain.

Mais ce sont des instruments sensibles et leur fonctionnement nécessite un environnement soigneusement entretenu. La technologie qui les entoure doit donc également être de pointe.

« Webb regorge de technologies nouvelles et complexes, depuis les détecteurs infrarouges sensibles jusqu'au pare-soleil Kapton mince à cinq couches de la taille d'un court de tennis qui protégera. l'instrumentation du rayonnement solaire et permettra au télescope et aux détecteurs d'atteindre la température froide nécessaire pour observer dans l'infrarouge », Nota dit.

Elle a également souligné les moindres détails des instruments, comme le réseau de micro-obturateurs de NIRSpec, qui est un ensemble de minuscules fenêtres à volets de la taille de quelques cheveux humains. Cela permettra à l'instrument d'observer des centaines d'objets en même temps. "Une première absolue en astronomie spatiale, où la spectroscopie est traditionnellement effectuée un objet à la fois", a déclaré Nota.

Comprendre d'où nous venons

L’impulsion visant à déterminer si une planète lointaine possède une atmosphère n’est pas seulement un épanouissement scientifique ou une vaine curiosité quant à la nature de ces endroits lointains. C’est plutôt la clé pour comprendre comment les planètes – y compris la nôtre – sont créées.

Lorsqu’il s’agit de comprendre comment notre système solaire s’est formé, les chercheurs exécutent des modèles et tentent de voir comment nous aurions pu aboutir à la composition des planètes que nous voyons. "Mais actuellement, nous avons un échantillon d'un seul", a souligné Espinoza. "Notre système solaire. C'est ça. Nous sommes désormais à une époque où nous pouvons examiner la composition d’autres systèmes solaires. Et la façon dont les planètes se forment définit leur composition chimique.

Ainsi, lorsque nous observons l’atmosphère d’une exoplanète lointaine, nous apprenons comment elle est née. Et à partir de là, nous pouvons construire une image de la façon dont les planètes et les systèmes solaires se forment, en nous basant sur davantage de cas que celui que nous connaissons. "Donc, obtenir ces indices de signatures de formation dans ces exoplanètes grâce à la chimie que nous observons dans leur Les atmosphères sont absolument fondamentales pour comprendre comment elles sont nées, et donc comment nous sommes nés », a-t-il déclaré. dit.

À la recherche de l'habitabilité

La raison la plus intéressante pour étudier l’atmosphère des exoplanètes est peut-être de comprendre où ailleurs dans l’univers la vie pourrait s’épanouir. "L'une des questions clés que Webb étudiera concerne les origines de la vie", a déclaré Nota. « Il existe une grande variété d’exo-mondes, bien plus que nous n’aurions pu l’imaginer. Il existe des planètes gazeuses de la taille de Jupiter en orbite très proche de leur étoile, d’énormes « super-Terres » rocheuses et des « planètes chaudes ». Neptunes.’ Certains d’entre eux pourraient avoir les bonnes conditions de température et la bonne composition pour héberger vie."

Mais pour déterminer si une planète est habitable, dit Espinoza, il ne suffit pas de connaître sa taille et sa masse. Après tout, lorsque nous trouvons une planète de la taille de la Terre et d’une masse similaire, les gens supposent souvent qu’il s’agira d’un endroit semblable à la Terre. Mais Vénus et Mars ont des tailles et des masses à peu près similaires à celles de la Terre, et leur atmosphère est extrêmement inhospitalière pour notre forme de vie. « Vénus est le pire endroit où partir en vacances! » a-t-il plaisanté, avec son immense pression et son atmosphère toxique pleine de dioxyde de carbone. Mars n’est guère mieux, avec son atmosphère extrêmement mince et irrespirable qui ne représente que 1 % de la densité de notre atmosphère sur Terre.

Nous devons donc connaître les atmosphères pour savoir si une planète donnée est habitable. Et plus important encore, pour obtenir une estimation du nombre de planètes habitables qui pourraient exister dans la planète, nous devons savoir quels types d’atmosphères sont typiques des planètes de taille comme la nôtre. « Quelle est l’atmosphère la plus courante formée par la nature? » » demanda Espinoza. "Cela pourrait ressembler à Vénus ou à Mars, et la Terre est une valeur aberrante." Il se pourrait également que les atmosphères semblables à celles de la Terre soient typiques et que le nombre de planètes potentiellement habitables soit énorme.

Vers l'inconnu

Webb ne s’intéressera pas seulement aux exoplanètes. Il effectuera un vaste éventail de recherches, allant de l'observation des premières phases de l'univers pour observer la formation des premières galaxies à l'observation de la naissance des étoiles à partir de poussières et de gaz tourbillonnants. Avec son première année d'opérations scientifiques prévue, nous ne faisons qu’effleurer la surface de l’utilisation possible de ce nouvel outil. Nous devrons attendre de voir quelles autres merveilles astronomiques il pourra découvrir.

"Je pense que la plus grande découverte sera celle à laquelle personne ne s'attend", a déclaré Nota. "Celle qui changera notre façon de voir l'univers, celle qui définira, peut-être une fois pour toutes, quelle est notre place dans l'univers."

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