À l’aide du télescope spatial James Webb, les astronomes ont découvert de l’eau et des molécules organiques dans un disque de formation de planètes autour d’une jeune étoile dans un environnement extrême, révélant que des planètes semblables à la Terre pouvaient se former même dans des conditions difficiles. (Concept de l’artiste.) Crédit : Issues.fr.com
Des planètes comme notre Terre, y compris des planètes contenant de l’eau, pourraient se former même dans les environnements de formation d’étoiles les plus difficiles connus, baignées par la dure lumière UV des étoiles massives. C’est le principal résultat des analyses de nouvelles observations d’un tel environnement avec le Télescope spatial James Webb (JWST). Ces observations sont les premières du genre – avant le JWST, ce type d’observation détaillée n’était pas possible. C’est une bonne nouvelle pour les planètes semblables à la Terre et pour la vie dans l’univers : il existe une grande variété d’environnements dans lesquels de telles planètes peuvent se former. Les résultats ont maintenant été publiés dans le Lettres de journaux astrophysiques.
Des molécules d’eau et de carbone ont été découvertes dans un disque de gaz et de poussière entourant une jeune étoile de type solaire, située dans l’un des environnements les plus extrêmes de notre Galaxie. De tels disques sont l’endroit où les planètes se forment autour des étoiles naissantes. Une équipe d’astronomes dirigée par María C. Ramírez-Tannus de l’Institut Max Planck d’astronomie (MPIA) a utilisé le télescope spatial James Webb pour scruter la région interne du disque, où sont attendues des planètes similaires à notre Terre. pour former : des planètes dites terrestres, avec une fine atmosphère recouvrant une planète constituée de roche.
Le disque, que les astronomes appellent XUE-1, est exposé au rayonnement ultraviolet intense des étoiles chaudes et massives proches. Pourtant, même dans cet environnement difficile, les observations ont détecté à la fois de l’eau et de simples molécules organiques. Ramírez-Tannus déclare : « Ce résultat est inattendu et passionnant ! Cela montre qu’il existe des conditions favorables pour former des planètes semblables à la Terre et les ingrédients nécessaires à la vie, même dans les environnements les plus difficiles de notre Galaxie.
Vue d’artiste de la région massive de formation d’étoiles, avec le disque de formation de planète XUE-1 au premier plan. La région est baignée de lumière UV provenant d’étoiles massives, dont l’une est visible dans le coin supérieur gauche. La structure proche du disque représente les molécules et la poussière trouvées par les chercheurs lors de leurs nouvelles observations. Crédit : © Maria Cristina Fortuna (www.mariacristinafortuna.com)
Des détails sans précédent dans les régions massives de formation d’étoiles
Les nouvelles observations sont les premières du genre. Les observations détaillées précédentes des disques de formation de planètes étaient limitées aux régions de formation d’étoiles proches qui ne contiennent aucune étoile massive. Les régions de formation d’étoiles massives sont complètement différentes : là-bas, de nombreuses étoiles se forment à peu près en même temps, y compris certaines des étoiles très massives, rares mais extrêmement puissantes. Au cours de « l’âge d’or » de la formation d’étoiles dans l’univers, il y a environ 10 milliards d’années, la plupart des formations d’étoiles avaient lieu dans des amas aussi massifs. Dans l’ensemble, plus de la moitié de toutes les étoiles de notre univers – y compris notre propre Soleil – sont nées dans des régions de formation d’étoiles massives, avec leurs planètes. Pourtant, on ne savait rien de l’effet de ces environnements difficiles sur les régions internes des disques, où les planètes telluriques devraient se former.
Les étoiles massives sont forcément très brillantes et émettent de grandes quantités de rayonnement UV de haute énergie. Leur présence provoque des perturbations considérables dans leur voisinage. La question restait ouverte de savoir si cette perturbation interférerait régulièrement avec la formation de planètes comme la Terre autour d’étoiles similaires au Soleil – ce qui relèguerait les planètes semblables à la Terre à l’écart dans des amas aussi massifs, non impossibles à former, mais très rares. Il y avait des arguments plausibles selon lesquels cela pourrait être le cas. Par exemple, le rayonnement UV des étoiles massives disperse le gaz dans les parties externes du disque, ce qui inhibe la croissance et la dérive vers l’intérieur des particules de poussière qui sont les éléments constitutifs des planètes semblables à la Terre (et également du noyau des planètes géantes comme la Terre). Jupiter ou Saturne). Cela pourrait bien compromettre la formation de planètes semblables à la Terre.
Jusqu’à présent, les observations n’ont pas permis de répondre à cette question. Dans l’univers actuel, les régions massives de formation d’étoiles sont rares, et même les plus proches sont éloignées. Jusqu’à récemment, il n’existait aucun moyen d’observer en détail les petits disques autour des étoiles semblables au Soleil. Les quelques disques formant des planètes qui étaient suffisamment proches pour être observés en détail sont tous situés dans un environnement calme, sans le rayonnement UV intense des étoiles massives, et donc inutiles pour répondre à la question.
Le logo de la collaboration XUE (abréviation de « eXtreme UV Environments ») représente Xué, le dieu du Soleil dans la culture Muisca. Les Muisca sont le peuple indigène vivant au centre de la Colombie, pays d’origine de Ramírez-Tannus. Le logo est basé sur l’art rupestre trouvé près de Bogota. Crédit : © Collaboration XUE
Sonder les disques internes avec JWST
Cela a changé avec l’avènement du JWST. Lorsque le télescope est devenu disponible pour les observations scientifiques, Ramírez-Tannus et la collaboration XUE (eXtreme UV Environments) ont appliqué avec succès l’observation de NGC 6357. À une distance de 5 500 années-lumière de la Terre, il s’agit de l’un des plus proches sites de formation d’étoiles massives. Régions. C’est également la cible d’observation la plus prometteuse pour répondre à la question du disque interne : NGC 6357 contient plus de dix étoiles lumineuses de masse élevée, garantissant que certains des disques formant des planètes visibles dans la région ont été exposés à un rayonnement UV intense pendant la majeure partie. de leur existence. La diversité est un facteur important : la région contient une variété de disques, dont certains ont été exposés à davantage de rayonnements, d’autres à moins.
« Si un rayonnement intense entrave les conditions de formation des planètes dans les régions internes des disques protoplanétaires, c’est dans NGC 6357 que nous devrions voir l’effet », explique Arjan Bik de l’Université de Stockholm, co-chercheur principal (co-chercheur principal) de la collaboration XUE. et le deuxième auteur de l’article.
Les observations effectuées par les astronomes enregistrent des spectres : des décompositions de lumière semblables à un arc-en-ciel qui permettent d’estimer la présence de molécules spécifiques dans la région observée. À leur grande surprise, Ramírez-Tannus et ses collègues ont découvert qu’en ce qui concerne la présence (et les propriétés) de molécules clés, au moins l’un des disques internes de NGC 6357, à savoir XUE-1, n’est pas fondamentalement différent de ses homologues. dans les régions de formation d’étoiles de faible masse.
Webb est le premier observatoire de la prochaine décennie, au service de milliers d’astronomes du monde entier. Il étudie chaque phase de l’histoire de notre Univers. Crédit : NASA
Silicates, eau et autres molécules dans un environnement difficile
« Nous avons trouvé une abondance d’eau, de monoxyde de carbone, de dioxyde de carbone, de cyanure d’hydrogène et d’acétylène dans les régions les plus intérieures de XUE-1 », explique Ramírez-Tannus. « Cela fournit des indices précieux sur la composition probable de l’atmosphère initiale des planètes terrestres résultantes. » Les chercheurs ont également trouvé de la poussière de silicate en quantités similaires à celles des régions de formation d’étoiles de faible masse. C’est la première fois que de telles molécules sont détectées dans des conditions extrêmes comme celles-ci.
Ces observations sont une bonne nouvelle pour les planètes semblables à la Terre et pour la vie dans l’univers : apparemment, les régions internes des disques protoplanétaires autour des étoiles semblables au Soleil, situées dans certains des environnements de formation d’étoiles les plus difficiles, sont tout aussi capables de former des planètes semblables à la Terre. , planètes rocheuses comme leurs homologues de faible masse. Ils fournissent même une abondance d’eau, un ingrédient nécessaire à la vie telle que nous la connaissons. Les chercheurs ne peuvent pas déterminer si cela se traduit ou non par un nombre significativement élevé de planètes semblables à la Terre nées dans de tels environnements en observant un seul disque. La collaboration XUE va plus loin dans ses observations : avec une étude JWST de 14 disques supplémentaires dans différentes parties de NGC 6357 qui devrait grandement contribuer à résoudre cette question importante.
Les chercheurs du MPIA impliqués sont María Claudia Ramírez-Tannus, Thomas Henning, Giulia Perotti, Roy van Boekel et Sierk E. van Terwisga, en collaboration avec Arjan Bik (Université de Stockholm), Lars Cuijpers (Université Radboud), Rens Waters (Université Radboud et SRON) et d’autres collègues.
