Le spectrographe infrarouge proche (NIRISS) du télescope spatial James Webb a introduit le mode spectroscopie sans fente (SOSS), améliorant ainsi notre capacité à étudier les atmosphères des exoplanètes avec un pouvoir de résolution élevé. Cette innovation est très prometteuse pour améliorer notre compréhension des mondes lointains et de leurs structures.
Dans le cadre d’un développement révolutionnaire pour la recherche sur les exoplanètes, le spectromètre proche infrarouge (NIRISS) du télescope spatial James Webb (JWST) a introduit le mode spectroscopie d’objet unique (SOSS), transformant notre capacité à étudier des mondes lointains. Cette technologie innovante ouvre un nouveau chapitre dans notre quête pour comprendre les atmosphères et les compositions des exoplanètes. Loic Albert et une large équipe de scientifiques et d’ingénieurs ont publié une description détaillée de ce spectre (1).
Depuis de nombreuses années, les scientifiques sont fascinés par la possibilité d’étudier les atmosphères exoplanétaires pour découvrir les secrets de mondes lointains récemment découverts. Le mode SOSS est un outil clé dans cette entreprise, permettant aux astronomes d’effectuer des observations en séries chronologiques (TSO) d’exoplanètes, ce qui implique d’observer la même exoplanète au fil du temps pour collecter des données précieuses sur son atmosphère et sa surface.
L’une des premières façons d’étudier les atmosphères exoplanétaires consistait à utiliser la spectroscopie conventionnelle, proposée par Seager et Sasselov en 2000 (2). Cependant, cette méthode n’a gagné du terrain qu’après l’avènement des télescopes spatiaux tels que le télescope spatial Hubble (HST). Les premières tentatives réussies de spectroscopie de transmission utilisant la HST ont conduit à des découvertes révolutionnaires, notamment la détection de vapeur d’eau et d’autres molécules dans les atmosphères exoplanétaires.
Le mode SOSS est né de la nécessité d’améliorer la spectroscopie de transition exoplanétaire. Il a été développé dans le cadre de l’instrument NIRISS du télescope spatial James Webb, conçu spécifiquement pour observer les exoplanètes découvertes par la mission TESS. SOSS offre un ensemble unique d’avantages, notamment la possibilité d’observer les étoiles les plus brillantes, ce qui change la donne dans l’étude de l’atmosphère des exoplanètes.
La conception optique SOSS comprend un grism de séléniure de zinc (ZnSe) couplé à un prisme de sulfure de zinc (ZnS) à dispersion croisée, qui projette trois ordres de diffraction spectrale sur le détecteur. une Grimm Composant optique d’un spectrographe dispersif qui permet une formation optique directe, constitué d’une grille et d’un ou plusieurs prismes. Cette configuration permet l’observation d’étoiles aussi brillantes que la magnitude 6,7 avec un pouvoir de résolution de 650 à une longueur d’onde de 1,2 micromètres (1 200 nm). SOSS couvre une gamme de longueurs d’onde de 0,6 à 2,8 µm (600 à 2 800 nm), y compris des caractéristiques spectrales critiques telles que l’eau (H2O) et le méthane (CH4) monoxyde de carbone (CO) et dioxyde de carbone (CO2), ainsi que les raies atomiques du potassium (K) et de l’hélium (He). Notez qu’un pouvoir de résolution de 650 signifie que l’instrument optique, dans ce cas, le spectrographe, est capable de distinguer deux raies ou caractéristiques spectrales séparées par une différence de longueur d’onde de 1/650 (environ 0,00154) de la longueur d’onde observée. (1,2 µm).
Le mode SOSS propose plusieurs modes de sous-réseau pour répondre aux différents besoins de surveillance, garantissant sa polyvalence et son adaptabilité. Les tests au sol et les observations opérationnelles ont confirmé que le SOSS fonctionnait de manière optimale, fournissant des résultats similaires à ceux d’autres modèles de séries chronologiques du JWST.
L’une des caractéristiques notables du SOSS est son excellente stabilité du flux de lumière blanche. Au cours du TSO de 5 heures sur une étoile de type A, identifiée comme BD+60°1753, les données se sont montrées remarquablement stables, avec d’éventuelles fluctuations suivant les statistiques de photons attendues. Cette stabilité s’étend à environ 20 parties par million sur une échelle de temps de 40 minutes, ce qui la rend idéale pour détecter des changements subtils dans les atmosphères exoplanétaires.
Pour produire des données de haute qualité, plusieurs étapes de traitement des données sont essentielles, notamment la correction du bruit 1/f, l’étiquetage des rayons cosmiques, une mauvaise interpolation des pixels et la soustraction du fond zodiacal. Ces étapes garantissent que l’analyse atteint des niveaux limités de bruit photonique.
Malgré ses excellentes performances, SOSS est confronté à certains défis, tels que les excursions de position entre les impacts qui affectent l’étalonnage de la longueur d’onde. Des efforts sont en cours pour caractériser et résoudre ces problèmes. De plus, SOSS a démontré son potentiel en tant que capteur de front d’onde pour détecter les événements d’inclinaison de section transversale de miroir sur le télescope spatial James Webb.
Le véritable engouement réside dans les programmes scientifiques désormais possibles avec les GRT SOSS. L’équipe de développement de l’instrument NIRISS a consacré environ 200 heures d’observation au programme NIRISS Atmospheric Diversity Exploration of Transiting Exoplanet (NEAT). NEAT vise à mesurer les rapports carbone/oxygène (C/O) d’une variété d’exoplanètes, fournissant des informations détaillées sur leur formation et leur évolution.
En conclusion, l’introduction du mode Single Object Spectroscopy (SOSS) sur le spectromètre proche infrarouge (NIRISS) du télescope spatial James Webb (JWST) constitue une avancée majeure dans notre capacité à étudier les atmosphères des exoplanètes. Cette technologie de pointe, avec son excellente stabilité et sa polyvalence, ouvre des possibilités passionnantes pour découvrir les secrets de mondes lointains et améliorer notre compréhension de l’univers.
Les références
(1) Albert, L. et coll. Imageur proche infrarouge et spectromètre sans fente pour le télescope spatial James Webb – III. Spectroscopie sans fente pour objet unique. 2023arXiv :2306.04572. est ce que je: 10.1088/1538-3873/acd7a3
(2) Seeger, SV ; Sasilov, D.D. Spectres théoriques de transport lors du transit de l’exoplanète géante. Astronomie. C. 2000, 537 (2), 916. DOI 10.1086/309088
