Les astronomes utilisant le télescope spatial James Webb ont observé de l’eau et des molécules essentielles à la formation de planètes rocheuses dans une zone hautement irradiée de la nébuleuse du homard. Cette découverte, qui fait partie du programme XUE, élargit les environnements connus dans lesquels les planètes rocheuses peuvent se former, remettant en question les croyances antérieures et offrant de nouvelles informations sur la diversité des exoplanètes.
Les astronomes découvrent une gamme de molécules qui font partie des éléments constitutifs des planètes rocheuses.
L’espace est un environnement hostile, mais certaines zones le sont encore plus que d’autres. Une région de formation d’étoiles, connue sous le nom de nébuleuse du homard, héberge certaines des étoiles les plus massives de notre galaxie. Les étoiles massives sont plus chaudes et émettent donc plus de lumière ultraviolette (UV). Cette lumière UV baigne les disques formant des planètes autour des étoiles proches. Les astronomes s’attendraient à ce que les UV brisent de nombreuses molécules chimiques. Cependant, le Télescope spatial James Webb a détecté diverses molécules dans l’un de ces disques, notamment de l’eau, du monoxyde de carbone, du dioxyde de carbone, du cyanure d’hydrogène et de l’acétylène. Ces molécules font partie des éléments constitutifs des planètes rocheuses.
Il s’agit d’une vue d’artiste d’une jeune étoile entourée d’un disque protoplanétaire dans lequel se forment des planètes. Crédit : ESO
Le télescope spatial Webb révèle que des planètes rocheuses peuvent se former dans des environnements extrêmes
Une équipe internationale d’astronomes a utilisé le télescope spatial James Webb de la NASA pour fournir la première observation de l’eau et d’autres molécules dans les régions intérieures hautement irradiées d’un disque, formant des planètes rocheuses, dans l’un des environnements les plus extrêmes de notre galaxie. Ces résultats suggèrent que les conditions nécessaires à la formation de planètes rocheuses peuvent se produire dans un éventail d’environnements plus large qu’on ne le pensait auparavant.
Premiers résultats du programme XUE
Ce sont les premiers résultats du programme de télescope spatial James Webb pour environnements ultraviolets extrêmes (XUE), qui se concentre sur la caractérisation des disques de formation de planètes (de vastes nuages de gaz en rotation, de poussière et des morceaux de roche où les planètes se forment et évoluent) dans régions massives de formation d’étoiles. Ces régions sont probablement représentatives de l’environnement dans lequel se sont formés la plupart des systèmes planétaires. Comprendre l’impact de l’environnement sur la formation des planètes est important pour que les scientifiques puissent mieux comprendre la diversité des différents types d’exoplanètes.
Etude de la nébuleuse du homard
Le programme XUE cible un total de 15 disques dans trois zones de la nébuleuse du homard (également connue sous le nom de NGC 6357), une grande nébuleuse en émission située à environ 5 500 années-lumière de la Terre dans la constellation du Scorpion. La nébuleuse du homard est l’un des complexes de formation d’étoiles massives les plus jeunes et les plus proches et héberge certaines des étoiles les plus massives de notre galaxie. Les étoiles massives sont plus chaudes et émettent donc plus de rayonnement ultraviolet (UV). Cela peut disperser le gaz, ce qui rend la durée de vie prévue du disque aussi courte qu’un million d’années. Grâce à Webb, les astronomes peuvent désormais étudier l’effet du rayonnement UV sur les régions intérieures des planètes terrestres formant des disques protoplanétaires autour d’étoiles comme notre Soleil.
Les capacités uniques de Webb
« Webb est le seul télescope doté de la résolution spatiale et de la sensibilité nécessaires pour étudier les disques de formation de planètes dans des régions de formation d’étoiles massives », a déclaré María Claudia Ramírez-Tannus, responsable de l’équipe de l’Institut Max Planck d’astronomie en Allemagne.
Les astronomes visent à caractériser les propriétés physiques et la composition chimique des régions de disques formant des planètes rocheuses dans la nébuleuse du homard à l’aide du spectromètre à résolution moyenne de l’instrument infrarouge moyen de Webb (MIRI). Ce premier résultat se concentre sur le disque protoplanétaire appelé XUE 1, situé dans l’amas d’étoiles Pismis 24.
« Seules la gamme de longueurs d’onde et la résolution spectrale de MIRI nous permettent de sonder l’inventaire moléculaire et les conditions physiques des gaz chauds et de la poussière où se forment les planètes rocheuses », a ajouté Arjan Bik, membre de l’équipe de l’Université de Stockholm en Suède.
En raison de son emplacement à proximité de plusieurs étoiles massives de NGC 6357, les scientifiques s’attendent à ce que XUE 1 ait été constamment exposé à de grandes quantités de rayonnement ultraviolet tout au long de sa vie. Cependant, dans cet environnement extrême, l’équipe a quand même détecté une gamme de molécules qui constituent les éléments constitutifs des planètes telluriques.
« Nous constatons que le disque interne autour de XUE 1 est remarquablement similaire à celui des régions voisines de formation d’étoiles », a déclaré Rens Waters, membre de l’équipe de l’Université Radboud aux Pays-Bas. « Nous avons détecté de l’eau et d’autres molécules comme le monoxyde de carbone, le dioxyde de carbone, le cyanure d’hydrogène et l’acétylène. Cependant, l’émission trouvée était plus faible que ce que prévoyaient certains modèles. Cela pourrait impliquer un petit rayon de disque externe.
« Nous avons été surpris et enthousiasmés car c’est la première fois que ces molécules sont détectées dans ces conditions extrêmes », a ajouté Lars Cuijpers de l’Université Radboud. L’équipe a également découvert une petite poussière de silicate partiellement cristalline à la surface du disque. Ceci est considéré comme les éléments constitutifs des planètes rocheuses.
Implications pour la formation de Rocky Planet
Ces résultats sont une bonne nouvelle pour la formation de planètes rocheuses, car l’équipe scientifique constate que les conditions dans le disque interne ressemblent à celles trouvées dans les disques bien étudiés situés dans les régions voisines de formation d’étoiles, où se forment uniquement des étoiles de faible masse. Cela suggère que les planètes rocheuses peuvent se former dans un éventail d’environnements beaucoup plus large qu’on ne le pensait auparavant.
L’équipe note que les observations restantes du programme XUE sont cruciales pour établir le caractère commun de ces conditions.
« XUE 1 nous montre que les conditions pour former des planètes rocheuses sont réunies, la prochaine étape consiste donc à vérifier dans quelle mesure cela est courant », explique Ramírez-Tannus. « Nous observerons d’autres disques dans la même région pour déterminer la fréquence à laquelle ces conditions peuvent être observées. »
Ces résultats ont été publiés dans Le Journal d’astrophysique.
Le télescope spatial James Webb est le premier observatoire scientifique spatial au monde. Webb résout les mystères de notre système solaire, regarde au-delà des mondes lointains autour d’autres étoiles et sonde les structures et origines mystérieuses de notre univers et la place que nous y occupons. Webb est un programme international dirigé par NASA avec ses partenaires, l’ESA (Agence spatiale européenne) et l’Agence spatiale canadienne.
