Mis au point à l’Observatoire de Paris - PSL, le coronographe de l’instrument MIRI du Webb Télescope tient toutes ses promesses. En infrarouge moyen, un domaine encore inexploré, il offre un nouveau regard sur l’environnement de l’étoile HR8799 et ses quatre jeunes planètes géantes ; et il permet d’imager pour la première fois le disque de poussières interne qui l’entoure. Ce résultat parait en ligne le 27 mai 2024 dans la revue Astronomy & Astrophysics.
HR 8799 est une étoile variable située à 135 années-lumière du Soleil, dans la constellation de Pégase. Il s’agit d’une étoile jeune, âgée d’environ 30 millions d’années, de 1,5 fois la masse et 4,9 fois la luminosité du Soleil. Autour d’elle, gravite un système planétaire comprenant un disque de débris et au moins quatre exoplanètes massives.
En 2008, ce système fut l’un des premiers à avoir été observés par imagerie directe, au télescope Keck équipé d’une optique adaptative.
Grâce au coronographe de l’instrument MIRI, l’observatoire spatial James Webb est parfaitement équipé pour sonder un tel système multiplanétaire, permettant son exploration en infrarouge moyen, une gamme de longueur d’onde encore jamais été utilisée.
La Laboratoire d’études spatiales et d’instrumentation en astrophysique de l’Observatoire de Paris – PSL, en collaboration avec le laboratoire AIM du CEA, a été chargé de fournir les coronographes de l’instrument MIRI pour le Webb Télescope ; d’un nouveau type, ceux-ci reposent sur une technologie mise au point à l’Observatoire de Paris – PSL dans les années 2000 : 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, à l’Observatoire de Paris - PSL) sont installés dans l’instrument MIRI, dont le système imageur a été conçu et réalisé en France. Ce système offre désormais une capacité d’imagerie à contraste élevé et permet, pour la première fois, d’obtenir des images d’exoplanètes, dans un régime de longueurs d’ondes encore inexploré : de 10 à 20 microns.
HR 8799 a ainsi constitué la première cible observée en coronographie dans le cadre du programme d’exoplanètes MIRI-EC Guaranteed Time Observations (GTO), lancé en novembre 2022.
Première cible observée au coronographe de MIRI
Les observations réalisées en novembre 2023, avec une capacité d’imagerie à très haut contraste, ont permis d’atténuer le flux lumineux de l’étoile pour rendre visible son environnement.
Grâce à une technologie de pointe 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 a été rendue possible : entre 1 et 1,5 fois le rayon de Jupiter. Ainsi actualisée, cette donnée semble plus cohérente avec les prédictions des modèles d’évolution planétaires, étant donné leur âge remontant à 30 millions d’années.
Par ailleurs, alors que l’on s’attendait à ne détecter que seulement trois des quatre planètes connues, la sensibilité du coronographe de MIRI a aussi bien permis de capturer la quatrième, une prouesse, celle-ci étant la 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. C’est désormais chose faite. 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 privilégiant notamment la quête d’une signature de l’ammoniac pour les planètes de température inférieure à 1 000 Kelvin, et ce, dans le but d’accroitre notre connaissance sur les mécanismes de formation des exoplanètes.
Référence
Imaging detection of the inner dust belt and the four exoplanets in the HR 8799 system with JWST’s MIRI coronagraph, par Anthony Boccaletti et al. Astronomy & Astrophysics (A&A), 686, A33 (2024)
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