Le télescope spatial James Webb dévoile sa première image directe d’une exoplanète

• L’équipe d’observation du JWST a repéré une faible source infrarouge dans le disque de débris entourant la jeune étoile TWA 7, située à environ 111 années-lumière de la Terre ; si elle est confirmée, il s’agira de la première exoplanète découverte directement par le télescope
• Les milliers d’exoplanètes connues ont pour la plupart été découvertes par des méthodes indirectes, comme l’ombre qu’elles produisent lorsqu’elles passent devant leur étoile, mais cette étude se distingue par la capture d’une candidate en imagerie directe
• Les chercheurs ont réduit le problème de la lumière stellaire, bien plus brillante que celle de la planète, grâce à un coronographe et à un traitement d’image avancé, ce qui leur a permis d’identifier une source infrarouge près de TWA 7
• L’objet candidat TWA 7 b aurait une masse comparable à celle de Saturne, une température d’environ 120 °F, et se situerait à une distance d’environ 50 fois celle qui sépare la Terre du Soleil ; la probabilité qu’il s’agisse d’une galaxie d’arrière-plan est d’environ 0,34 %
• Si son statut d’exoplanète est confirmé, ce serait un cas d’observation directe d’une planète façonnant une structure de disque de débris, et cela montrerait que le JWST peut ouvrir l’accès à des plages de masse et de distance difficiles à atteindre avec les observations précédentes

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Une planète candidate détectée autour de TWA 7

• L’équipe d’observation du JWST a identifié une faible source infrarouge dans le disque de débris qui entoure la jeune étoile TWA 7
  • TWA 7 se trouve à environ 111 années-lumière de la Terre
  • Les chercheurs estiment que cette source a de fortes chances d’être une exoplanète
  • Si cela se confirme, ce sera le premier cas où le JWST découvre une nouvelle exoplanète par imagerie directe
• L’étude a été publiée dans Nature
• En janvier 2023, le JWST avait déjà confirmé une découverte antérieure d’exoplanète potentielle, mais cette étude se distingue comme un cas de découverte d’une nouvelle exoplanète par imagerie directe

Méthode d’imagerie directe et résultats d’observation

• La raison pour laquelle il est difficile de photographier directement des exoplanètes est que la luminosité de l’étoile écrase la faible lumière des planètes voisines
• Les chercheurs ont bloqué l’intense lumière stellaire avec le coronographe du JWST, puis supprimé les résidus de diffusion lumineuse grâce à un traitement d’image avancé
• Résultat : une faible source infrarouge est apparue près de TWA 7, et l’objet candidat est appelé TWA 7 b
  • Sa masse est estimée comparable à celle de Saturne
  • Sa température a été initialement observée à environ 120 °F
  • Sa distance à l’étoile est d’environ 50 fois la distance Terre-Soleil
  • Il se situe dans une lacune de l’un des trois anneaux de poussière du disque de débris
  • La probabilité qu’il s’agisse d’une galaxie d’arrière-plan est d’environ 0,34 %
• TWA 7 suscite depuis longtemps l’intérêt, car son disque de débris peut être vu de face depuis la Terre ; des études précédentes avaient indirectement suggéré, à travers les lacunes du disque, l’existence d’une planète encore non découverte
• Les chercheurs ont simulé le système planétaire potentiel à l’aide de modèles informatiques, et les images obtenues correspondaient aux observations du JWST, ce qui a renforcé leur confiance
• La masse de TWA 7 b serait environ 10 fois inférieure à celle des exoplanètes photographiées directement jusqu’ici, ce qui illustre les capacités d’observation des instruments du JWST
• Si cette source est confirmée comme une véritable exoplanète, ce sera la première découverte directement liée à une planète formant un disque de débris autour d’une étoile
• Le JWST ouvre, en matière de masse des exoplanètes et de distance à leur étoile, des plages difficiles à atteindre avec les observations précédentes, et pourra être utilisé pour comprendre la diversité, la formation et l’évolution des systèmes exoplanétaires

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Avis sur Hacker News

• Pour ceux que cela intéresse, on est encore très loin d’obtenir une image de cette planète, ou de n’importe quelle exoplanète, dépassant 1 pixel
  Pour photographier cette planète à 110 années-lumière avec une résolution de 100×100 pixels, soit à peu près celle d’une petite icône, il faudrait un télescope d’environ 450 km de diamètre. C’est une limite physique liée à la longueur d’onde de la lumière
  Le mieux serait de construire un interféromètre optique spatial avec deux nœuds séparés de 450 km, et de les synchroniser à l’échelle d’une longueur d’onde, mais c’est un défi d’ingénierie extrêmement difficile

  • On pourrait faire encore mieux. En utilisant le Soleil comme lentille gravitationnelle[1] et en plaçant une sonde au foyer, à 542 UA, on pourrait voir la surface d’une planète située à 98 années-lumière avec une résolution de l’ordre de 25 km[2]
    Ce serait une entreprise énorme et très longue, mais cela semble relever des capacités technologiques actuelles de l’humanité

    1. https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_gravitational_lens

    2. https://www.nasa.gov/general/direct-multipixel-imaging-and-s...

  • Si l’on pousse cette idée plus loin, plusieurs solutions possibles au paradoxe de Fermi disparaissent
    Si, comme moi, on considère que l’avenir d’une civilisation est un Dyson Swarm, il y aurait des centaines de millions de structures orbitales autour du Soleil, quelque part entre les orbites de Vénus et de Mars. Malgré cela, l’espacement moyen serait d’environ 100 000 km, donc ce ne serait même pas encombré
    On me demande souvent pourquoi faire cela, et la raison est simple : la surface habitable et l’énergie par unité de masse. Avec une population de 10 milliards de personnes, chacun disposerait d’un territoire de la taille de l’Afrique et d’un budget énergétique comparable à la puissance solaire reçue par la Terre, une échelle d’énergie vraiment difficile à imaginer
    Dans ce cas, on n’utiliserait pas un télescope de 450 km de large, mais des structures orbitales séparées au maximum d’environ 400 millions de km. La résolution pour observer des mondes très lointains deviendrait inimaginablement élevée
    Les solutions au paradoxe de Fermi du type « les civilisations avancées peuvent se cacher » deviennent donc moins convaincantes. On ne peut pas se cacher d’une civilisation K2

  • Quelle taille devraient avoir le télescope, le miroir ou la lentille pour imager le système Alpha Centauri, situé à 4,37 années-lumière ?
    Et pourrait-on « scanner » une grande zone puis recomposer une image à partir de plusieurs petites images ?

  • Ce serait vraiment génial de disposer uniformément un réseau de télescopes spatiaux sur l’orbite terrestre autour du Soleil, et de faire en sorte que les télescopes masqués par le Soleil et ne pouvant pas communiquer directement avec la Terre servent de relais entre eux
    On pourrait alors utiliser une ouverture synthétique de 2 UA pour observer en dehors du plan orbital du Système solaire. Peut-être que cela pourrait aussi servir d’observatoire d’ondes gravitationnelles
    Bien sûr, pour l’instant, cela relève davantage de la science-fiction que de la science, mais l’idée que l’on puisse construire quelque chose de ce genre un jour paraît plausible

  • Ou bien il suffit d’utiliser deux télescopes ou plus séparés de 450 km :

    • https://en.wikipedia.org/wiki/Aperture_synthesis

    • https://www.nature.com/articles/ncomms7852

• Le nom de l’autrice principale de l’étude, Anne-Marie Lagrange, convient particulièrement bien à une astrophysicienne
  Je me demande si elle est une parente éloignée de la personne qui a donné son nom aux points de Lagrange. https://en.wikipedia.org/wiki/Lagrange_point
  Pour référence, je ne connaissais pas A-M Lagrange jusqu’ici, mais sa carrière est vraiment impressionnante : https://en.wikipedia.org/wiki/Anne-Marie_Lagrange
  • Scopus compte 390 profils de personnes portant le nom Lagrange. Ce n’est pas un nom de famille très courant, mais il n’est pas rarissime non plus, et une partie d’entre elles finissent forcément dans le monde universitaire, qu’elles descendent ou non de Joseph-Louis
  • J’ai pensé exactement la même chose. On dirait bien que le déterminisme nominatif a encore frappé
  • En fait, le JWST orbite autour de L2 !

https://webbtelescope.org/contents/media/images/01F4STZH25YJ...

• Avant, j’étais sceptique à propos du JWST. Je pensais qu’en attendant un peu, en profitant de lanceurs lourds moins chers et des progrès de l’imagerie computationnelle, cela aurait été un meilleur investissement scientifique.
  Mais c’est l’aboutissement d’une construction de cathédrale au service de la science. Depuis le moment où nous avons commencé à comprendre l’univers, jusqu’à celui où nous nous sommes réveillés du long rêve qui nous plaçait au centre d’un univers créé par Dieu, chaque pierre ajoutée a bâti le savoir d’aujourd’hui ; et désormais, nous pouvons imaginer et réellement voir non seulement d’autres sphères où poser le pied, mais des systèmes entiers composés de telles sphères.
  C’est vraiment majestueux.
  • Avec ce raisonnement, pourquoi faire quoi que ce soit ?
    Cette logique peut s’appliquer à presque tout. Le mieux arrivera bientôt, donc autant attendre.
    La construction du JWST a certainement aussi produit d’autres avancées, et ces technologies pourront être appliquées à un hypothétique meilleur télescope.
• Le passage disant qu’« il existe aussi une légère possibilité que la source infrarouge nouvellement détectée soit une galaxie d’arrière-plan » est amusant par l’ampleur de l’erreur, même si je comprends que ce travail est difficile.
  En gros : « on pensait avoir pris quelque chose en photo, mais en réalité c’était peut-être des milliards d’objets beaucoup plus grands et beaucoup plus lointains ».
  • Avec le temps, le mouvement orbital devrait permettre de distinguer les deux possibilités.
    Cela dit, si l’objet orbite à 50 UA autour d’une étoile plutôt petite, cela pourrait prendre pas mal de temps.
• Pour se représenter autrement une distance de 111 années-lumière, les sondes Voyager n’ont pas encore parcouru ne serait-ce qu’un jour-lumière depuis la Terre.
• Un autre aspect génial de cette technique est qu’il est plus facile de voir une planète quand elle est éloignée d’une étoile brillante, ce qui favorise donc les planètes loin de leur étoile.
  À l’inverse, les techniques actuelles sont biaisées en faveur des planètes proches. Le décalage Doppler et la méthode des courbes de luminosité détectent tous deux très bien les planètes qui orbitent près de leur étoile.
  En combinant les deux techniques, on comprendra mieux la distribution des planètes.
• À propos du passage : « Pour étayer davantage l’observation, Lagrange et ses collègues ont exécuté un modèle informatique visualisant le système planétaire potentiel, et les images simulées correspondaient à celles capturées par le télescope. “Nous avons donc pu être vraiment certains qu’il y avait une planète” » : j’aime ce travail en lui-même et je n’ai aucune raison de douter qu’il s’agisse bien d’une image réelle d’exoplanète, mais ce type de modélisation me semble être un élément assez faible pour soutenir une hypothèse.
  Un modèle est construit à partir d’hypothèses, et ces hypothèses sont influencées par les attentes. Un modèle n’est pas une donnée.
  • Cela dépend de la façon dont le modèle a été construit et utilisé. Idéalement, on s’attendrait à ce que la grande majorité des observations possibles ne correspondent pas au modèle.
    Si l’observation réelle correspond, c’est alors un signal fort qu’on regarde bien l’objet attendu. En revanche, si elle ne correspond pas, on ne peut même pas être certain que le modèle n’est que légèrement faux.
• Le titre HN était subtilement incorrect. Ce n’est pas la première image directe d’exoplanète prise par le JWST. Un article de mars montrait déjà plusieurs images d’exoplanètes du JWST : https://science.nasa.gov/missions/webb/nasas-webb-images-you...
  Le mot clé « discovery » a été omis du titre original, « The James Webb Space Telescope Reveals Its First Direct Image Discovery of an Exoplanet ». Autrement dit, il s’agit de la première découverte d’une planète auparavant inconnue par imagerie directe.
  • Le titre inclut maintenant discovery.
    Le titre soumis était « James Webb Space Telescope reveals its first direct image of an exoplanet », et c’était probablement une tentative de bonne foi pour respecter la limite de 80 caractères des titres sur HN. Maintenant, il tient en abrégeant en JWST.
• Le JWST est une merveille d’ingénierie. En même temps, c’est aussi une machine conçue pour respecter les contraintes que pouvaient supporter les fusées les plus puissantes des années 1990.
  Maintenant que plusieurs lanceurs super-lourds dotés d’énormes coiffes sont en développement, on peut imaginer à quel point les futurs télescopes deviendront puissants.
  • J’aimerais qu’un jour nous ayons un télescope assez puissant pour vivre un moment Van Leeuwenhoek à l’échelle galactique, comme lorsque Van Leeuwenhoek a découvert les micro-organismes. Le moment où, du jour au lendemain, on verrait que la galaxie grouille de vaisseaux spatiaux.
  • Il est difficile de décider de construire une charge utile de la classe du JWST en supposant l’existence d’un lanceur qui n’a pas encore été validé.
    Pour lancer une mission planifiée sur des décennies, on voudrait probablement attendre que ce qui est « en développement » ait fait ses preuves.
  • Exact. Dommage qu’on n’ait pas développé en parallèle un ou deux jumeaux. Le surcoût n’aurait pas été énorme, et maintenant il y a aussi des fusées SpaceX pour les lancer.
• C’est vraiment enthousiasmant. Un jour, on aura peut-être ce genre de découvertes avec des images de plus haute résolution. J’aimerais que quelqu’un qui connaît mieux le domaine donne son avis.
  Le moment où nous obtiendrons pour la première fois une photo en observation directe d’une exoplanète semblable à la Terre sera un tournant historique.
  • Cela se fera grâce à la lentille gravitationnelle solaire. Il existe un article récent de la NASA à ce sujet.
    En gros, il faut envoyer une sonde à plus de 550 UA dans la direction opposée à l’exoplanète cible et la pointer vers le Soleil ; on obtient alors une image déformée en haute résolution de cette planète autour du Soleil. Ensuite, des algorithmes peuvent la reconstruire comme une photo normale.
    Le temps de trajet sera probablement de plusieurs décennies, et la fabrication prendra sans doute aussi longtemps. Mais d’ici 40 à 100 ans, nous verrons peut-être beaucoup d’images HD d’exoplanètes « proches ». Si je suis encore en vie à ce moment-là, je serai incroyablement excité.
  • Le Nancy Grace Roman Space Telescope embarquera un meilleur coronographe comme démonstrateur technologique. On continue de trouver des moyens d’améliorer cette technologie.