L'étude de TRAPPIST-1 b dévoile de nouveaux détails sur son atmosphère et son étoile

Une équipe d'astronomes dirigée par Olivia Lim, de l'Institut Trottier de recherche sur les exoplanètes (iREx) de l’Université de Montréal, est à l’origine d’une avancée importante dans notre compréhension de l'intrigant système exoplanétaire TRAPPIST-1, découvert en 2016 et suscitant l’espoir de trouver des conditions habitables pour l’humain. Les recherches du groupe ont non seulement permis de mieux comprendre la nature de TRAPPIST-1 b, l'exoplanète qui orbite le plus près de l'étoile du système, mais elles ont également montré l'importance des étoiles parentes dans l'étude des exoplanètes. Les résultats, publiés aujourd'hui dans l’Astrophysical Journal Letters, mettent en lumière l'interaction complexe entre l'activité stellaire et les caractéristiques des exoplanètes.

Connaître son étoile, connaître sa planète

La principale conclusion de l'étude est l’incidence significative de l'activité et de la contamination stellaires lorsqu'il s'agit de déterminer la nature d'une exoplanète. La contamination stellaire désigne l'influence des caractéristiques propres à l'étoile, telles que les taches sombres et les plages brillantes (nommées «facules»), sur les mesures de l'atmosphère de l'exoplanète.

L'équipe a trouvé des preuves irréfutables que la contamination stellaire est un facteur incontournable dans l’analyse des spectres de transmission de TRAPPIST-1 b et, sans doute, des autres planètes du système. L'activité de l'étoile centrale peut créer des «signaux fantômes» qui peuvent tromper l'observateur en lui faisant croire qu'il a détecté une molécule particulière dans l'atmosphère de l'exoplanète. Ce résultat souligne l'importance de prendre en compte la contamination stellaire dans la planification des futures observations de tous les systèmes exoplanétaires. Cela est particulièrement vrai pour des systèmes comme TRAPPIST-1, puisque le système s’articule autour d'une étoile naine rouge qui peut être assez active en raison de taches stellaires et d’éruptions fréquentes.

«En plus de la contamination par les taches stellaires et les facules, nous avons observé une éruption stellaire, un évènement imprévisible au cours duquel l'étoile devient plus brillante pendant plusieurs minutes ou plusieurs heures, a expliqué Olivia Lim. Cette éruption a altéré notre mesure de la quantité de lumière bloquée par la planète. De telles signatures de l'activité stellaire sont difficiles à modéliser, mais nous devons en tenir compte pour être sûrs d'interpréter correctement les données.»

Pas d'atmosphère significative sur TRAPPIST-1 b

Sur la base des données d’observation recueillies par le télescope James-Webb, Olivia Lim et son équipe ont exploré une série de modèles atmosphériques pour TRAPPIST-1 b en examinant diverses compositions et divers scénarios possibles. Les astronomes ont constaté que les atmosphères sans nuages et riches en hydrogène étaient exclues, et ce, de façon quasi certaine. Cela signifie qu'il ne semble pas y avoir d'atmosphère claire et étendue autour de TRAPPIST-1 b. Cependant, les données n'ont pas permis d'exclure avec certitude des atmosphères plus fines, telles que celles composées d'eau pure, de dioxyde de carbone ou de méthane, ni une atmosphère semblable à celle de Titan, une lune de Saturne et la seule lune du système solaire à posséder sa propre atmosphère.

Ces résultats correspondent généralement à ceux des observations précédentes de TRAPPIST-1 b (photométriques et non spectroscopiques) effectuées par James-Webb (Greene et coll. et Ih et coll.) à l'aide de l'instrument MIRI. En outre, l'étude a prouvé que l'instrument canadien NIRISS est un outil très performant et sensible, capable de sonder les atmosphères des exoplanètes de la taille de la Terre à des niveaux impressionnants.