Le James Webb Space Telescope a bouclé une nouvelle campagne d’observation de TRAPPIST-1, l’un des systèmes planétaires les plus intrigants de notre voisinage cosmique. Il héberge notamment plusieurs exoplanètes intéressantes.
La principale caractéristique de TRAPPIST-1, c’est qu’il est situé à environ 40 années-lumière de la Terre — une distance certes importante dans l’absolu, mais infime à l’échelle de l’Univers. C’est l’un même l’un des objets les plus proches à avoir été observés par le télescope, si l’on exclut les planètes de notre propre système solaire. Cette proximité en a fait une cible privilégiée pour les astronomes depuis sa découverte en 1999.
En effet, TRAPPIST-1 est un système assez singulier. Il est structuré par TRAPPIST-1a, une toute petite étoile rouge bien moins chaude que notre Soleil ; on parle de naine rouge ultra-froide. Elle est à peine plus grande que Jupiter, la géante gazeuse de notre système solaire. Mais ce n’est pas pour cette raison qu’elle fascine tant les spécialistes. Si de nombreux observatoires ont braqué leurs objectifs dans sa direction, c’est surtout parce qu’en 2017, une étude a révélé que l’astre était très bien entouré.
Un cortège d’exoplanètes très prometteur
Il se trouve en effet que la naine rouge est accompagnée d’une cohorte de sept planètes telluriques, c’est-à-dire rocheuses comme la Terre. Un record à ce jour. De plus, elles lui tournent autour dans une zone particulièrement réduite. La plus éloignée, TRAPPIST-1h, évolue en effet à environ 9,6 millions de kilomètres de son étoile. À titre de comparaison, l’orbite de la Terre est située à environ 150 millions de kilomètres du Soleil. Neptune, la planète la plus externe du système solaire, orbite à presque 5,5 milliards de kilomètres. TRAPPIST-1 est donc un tout petit système.
Ce qui est intéressant, c’est qu’en dépit de cette proximité, la faible température de l’étoile fait qu’au moins trois de ces exoplanètes (TRAPPIST-1 e, f et g) sont situées dans la zone habitable de l’étoile. Cela signifie que comme la Terre, elles orbitent à une distance où la température est théoriquement compatible avec la présence d’eau liquide.
Cela ne signifie pas qu’elles hébergent nécessairement de la vie, loin de là. Mais cette information a rapidement fait de TRAPPIST-1 un système particulièrement alléchant pour ceux qui recherchent des environnements potentiellement habitables au-delà du système solaire. Ce n’était donc qu’une question de temps avant qu’une équipe décide de pointer le Webb sur TRAPPIST-1.
Le Webb se penche sur l’insaisissable TRAPPIST-1 b
La première étude observation du système par Webb remonte à mars 2023. A cette occasion, il avait déjà signé un exploit retentissant avec son observation de TRAPPIST-1 b. C’est la planète la plus proche de l’étoile, et aussi la moins bien documentée du système. En effet, la proximité avec l’étoile a tendance à compliquer grandement son étude.
Il était donc presque impossible de l’étudier en détail… jusqu’à l’arrivée du Webb. En mars 2023, il a réussi pour la première fois à en extraire un signal exploitable. Selon l’ESA, c’était la « toute première détection d’une forme de lumière, quelle qu’elle soit, émise par une exoplanète » de cette catégorie (voir notre article).
Récemment, c’est l’équipe d’Olivia Lim, planétologue à l’Institut Trottier de Recherche sur les Exoplanètes de l’Université de Montréal qui a remis le couvert. Et ces chercheurs ont à nouveau collecté des informations inédites sur ce corps céleste qui a si longtemps snobé les observateurs.
Des signaux fortement contaminés
L’instrument au cœur de ces nouvelles observations, c’est le NIRISS, qui réalise de la spectroscopie par transmission. C’est une technique qui sert notamment à déterminer la composition chimique d’un objet à partir des propriétés d’un rayonnement lumineux qui le traverse. En laboratoire, la source de lumière est une lampe dont le spectre lumineux est connu avec précision. En astronomie, ces mesures sont généralement réalisées lorsque l’objet visé passe précisément entre l’étoile et le télescope. Il faut donc tenir compte des propriétés de l’étoile.
Grâce au NIRISS, les chercheurs ont fait une première découverte intéressante : ils ont déterminé que l’activité de l’étoile est à l’origine d’une contamination importante. Dans le contexte de la spectroscopie par transmission, cela signifie que l’influence des différentes caractéristiques de l’étoile (ses points chauds et ses régions sombres, par exemple), peuvent avoir un impact significatif sur les signaux enregistrés. Il faut donc absolument en tenir compte au moment d’interpréter les observations des exoplanètes ; autrement, on pourrait penser y avoir trouvé certains types de molécules alors qu’il ne s’agirait que d’une illusion d’optique.
En l’occurrence, l’équipe de Lim a déterminé que la contamination de l’étoile impactait considérablement l’observation de TRAPPIST-1b. Et cela pourrait aussi être le cas des autres exoplanètes du système. Ce résultat suggère qu’il serait intéressant de confirmer les résultats passés avec de nouvelles observations pour s’assurer qu’ils sont bien valides.
Pas d’atmosphère à l’horizon… pour le moment
Après avoir pris bonne note de ces paramètres, les chercheurs ont pu commencer à décortiquer le signal de TRAPPIST-1 b. Ils ont alors fait leur deuxième découverte significative : il semble qu’elle ne présente aucune atmosphère.
Cette absence d’atmosphère serait une donnée très intéressante pour les spécialistes des exoplanètes. Cela les aiderait notamment à affiner les modèles qui décrivent les atmosphères de ces corps célestes. Par extension, cela permettrait aussi de préciser les conditions où une telle planète serait susceptible d’être habitable, voire d’héberger de la vie telle qu’on la connaît.
Malgré la contamination, les chercheurs sont plutôt confiants par rapport à cette interprétation. Grâce à sa proximité, le passage de TRAPPIST-1 b devant l’étoile devrait générer une baisse de luminosité importante. Et, par extension, un signal puissant et facile à exploiter. Dans ces conditions, si elle avait effectivement une atmosphère, il devrait être assez facile de la détecter avec le NIRISS… du moins sur le papier.
Car pour le moment, il est encore trop tôt pour parvenir à une conclusion définitive. Une atmosphère très fine, composée d’eau pure, de dioxyde de carbone ou de méthane aurait éventuellement pu passer inaperçue lors de l’observation du Webb. Les chercheurs vont donc continuer de mobiliser le télescope pour percer les secrets de TRAPPIST-1b et des autres membres de ce cortège cosmique ô combien intrigant.
Quoi qu’il en soit, ces résultats sont une nouvelle preuve que les contributions du James Webb ne se limitent pas à l’exploration de l’univers précoce. Il est aussi parfaitement équipé pour nous renseigner sur notre voisinage cosmique. On peut donc s’attendre à ce qu’il continue de nous fournir des informations fascinantes sur des tas d’autres exoplanètes.
Le texte de l’étude est disponible ici.
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