Le télescope Webb suggère que la planète LTT 1445 A b n'a pas d'atmosphère épaisse

Ce travail est une prépublication : il n'a pas été relu par d'autres chercheurs avant sa mise en ligne. Il porte sur deux planètes rocheuses, LTT 1445 A b et c, qui gravitent autour d'une même étoile de faible masse, dite naine M. Le système est le plus proche de ce type à avoir été observé, à 6,9 parsecs, unité de distance utilisée en astronomie.

Le résultat

Les chercheurs veulent savoir si de petites planètes rocheuses, proches de leur étoile, conservent une atmosphère. Pendant une éclipse secondaire, la planète passe derrière son étoile : la baisse de lumière mesurée permet d'estimer la chaleur qu'elle émet. Pour la planète b, cette baisse atteint 157 ppm (parties par million, c'est-à-dire des millionièmes de la lumière de l'étoile), et 154 ppm pour la planète c, avec une incertitude plus large.

À une longueur d'onde de 15 micromètres, ces mesures correspondent à des températures de brillance de 528 kelvins pour b et 625 kelvins pour c, c'est-à-dire la température apparente de la surface telle que l'instrument la perçoit. Ces deux valeurs sont compatibles avec le cas d'une roche nue et sombre, sans atmosphère. Pour b, l'étude conclut qu'elle n'a pas d'atmosphère substantielle : elle fixe la pression de dioxyde de carbone (CO2) à moins de 0,6 millibar.

Pour la planète c, l'éclipse est peut-être rasante, c'est-à-dire que la planète ne passe qu'en bordure du disque de l'étoile, et des événements se chevauchent. La profondeur de l'éclipse est donc mal contrainte. Les données écartent seulement les atmosphères épaisses, de plus de 1 bar et contenant au moins 1 % de CO2.

Comment ils l'ont établi

Il s'agit d'observations astronomiques faites avec le télescope spatial James Webb (JWST) et son instrument MIRI (Mid-Infrared Instrument, instrument infrarouge moyen), dans le cadre du programme Rocky Worlds. Ce programme utilise un temps d'observation accordé à la discrétion du directeur du télescope, d'où le sigle DDT (Director's Discretionary Time).

Les observations couvrent trois visites, avec deux éclipses pour chacune des planètes. Trois traitements indépendants des données ont été réalisés, puis une analyse commune intègre toutes les données JWST existantes et 220 mesures de vitesse radiale, c'est-à-dire des variations de vitesse de l'étoile, utiles pour estimer les masses des planètes. Cette analyse améliore d'un facteur 1,6 à 2,3 la précision sur les rayons, les masses et les paramètres orbitaux.

Pour la planète b, les données récentes sont associées à un spectre d'archive de l'instrument MIRI, c'est-à-dire pris lors d'une observation antérieure. Une méthode statistique bayésienne cherche les valeurs compatibles avec ces mesures, et des modèles directs, qui calculent ce qu'une atmosphère donnée produirait, écartent les couches épaisses de particules en suspension qui pourraient imiter une surface nue dans les observations en transmission.

Ce que cela change

L'étude situe la planète b près d'une frontière théorique appelée côte cosmique, ou Cosmic Shoreline en anglais. Liée au rayonnement XUV (extrême ultraviolet et rayons X émis par l'étoile), elle sépare, dans ce modèle, les planètes qui peuvent garder une atmosphère de celles qui la perdent. Selon les auteurs, b est la planète la plus proche de cette frontière jamais observée en éclipse à ce jour. Son absence d'atmosphère substantielle implique que cette frontière ne peut guère se trouver plus loin du côté des mondes sans air que ce qui était prévu.

Ce que l'étude ne prouve pas

Une seule étude, non relue, ne tranche pas une question. Pour la planète b, la conclusion repose sur une mesure à 15 micromètres, sur un spectre d'archive et sur des modèles. Les bornes fixées laissent possible une atmosphère très fine, en deçà de ces seuils, que ces chiffres n'excluent pas.

Pour la planète c, les résultats sont peu contraints : la profondeur de l'éclipse n'est pas bien déterminée, et seules les atmosphères les plus épaisses sont écartées. Les températures mesurées sont compatibles avec une roche nue, mais elles ne mesurent pas directement la présence d'air : la conclusion passe par des modèles.

Enfin, un seul système, même le plus proche de son type, ne suffit pas à décrire l'ensemble des planètes rocheuses autour des étoiles de faible masse.

Ce qui reste à établir

Le résumé ne précise pas de suites d'observation. Restent ouvertes la question de la profondeur réelle de l'éclipse de la planète c, et celle d'une atmosphère très fine autour de b, que les bornes actuelles ne tranchent pas. Le travail doit encore être relu par d'autres chercheurs.