Les éléments constitutifs fondamentaux de la formation des planètes peuvent exister même dans des environnements avec un rayonnement ultraviolet extrême, selon une nouvelle étude d'une collaboration internationale dirigée par les astronomes de Penn State.
L'étude a mis à profit les capacités inégalées du télescope spatial James Webb de la NASA (JWST) et de la modélisation thermochimique sophistiquée pour étudier un disque protoplanétaire – la poussière et le gaz entourant une nouvelle étoile qui peut éventuellement donner naissance à des planètes et à d'autres corps célestes – dans l'un des environnements les plus extrêmes de la galaxie.
Un article décrivant l'étude a été publié le 20 mai Le journal astrophysique.
« Les astronomes ont longtemps cherché à comprendre comment les planètes se forment dans les disques tourbillonnants du gaz et de la poussière qui encerclent les jeunes stars », a déclaré Bayron Portila-Revelo, chercheur postdoctoral en astronomie et astrophysique à l'Eberly College of Science à Penn State et auteur principal de l'étude.
«Ces structures – considérées comme disques protoplanétaires – sont les lieux de naissance des systèmes extrasolaires, comme notre propre système solaire, qui s'est formé il y a 4,5 milliards d'années.
« Bien que des progrès significatifs aient été réalisés en étudiant les disques protoplanétaires dans les régions de formation d'étoiles voisines, ces régions n'ont pas le rayonnement UV intense présent dans les pépinières stellaires plus massives et plus communes. »
Le rayonnement UV fait référence à la lumière non visible avec plus d'énergie que la lumière visible. Sur Terre, cela peut endommager les cellules, allant d'un léger coup de soleil au cancer de la peau. Dans l'espace, sans les filtres atmosphériques d'une planète, le rayonnement UV est beaucoup plus intense.
L'étude était une jeune étoile de masse solaire connue sous le nom de Xue 1, située à environ 5500 années-lumière de notre soleil, dans une région appelée la nébuleuse de homard, également connue sous le nom de NGC 6357. Cette région est réputée pour héberger plus de 20 étoiles massives, dont deux sont parmi les plus massives connues dans notre galaxy et sont des émetteurs UV extrêmes. Dans la même région, l'équipe a observé une douzaine de jeunes étoiles de masse inférieure avec des disques protoplanétaires soumis à un rayonnement ultraviolet intense.
En combinant des observations JWST avec des modèles astrochimiques sophistiqués, les chercheurs ont identifié la composition de minuscules grains de poussière dans le disque protoplanétaire autour de Xue 1 qui finira par se développer pour former des planètes rocheuses. Ils ont constaté que le disque contient suffisamment de matériau solide pour potentiellement former au moins 10 planètes, chacune avec une masse comparable à celle du mercure. Les auteurs ont également déterminé la distribution spatiale dans le disque d'une variété de molécules précédemment détectées, notamment la vapeur d'eau, le monoxyde de carbone, le dioxyde de carbone, le cyanure d'hydrogène et l'acétylène.
« Ces molécules devraient contribuer à la formation des atmosphères des planètes émergentes », a déclaré Konstantin Getman, professeur de recherche au Département d'astronomie et d'astrophysique de Penn State et co-auteur de l'étude. « La détection de ces réservoirs de poussière et de gaz suggère que les éléments constitutifs fondamentaux de la formation de la planète peuvent exister même dans des environnements avec un rayonnement ultraviolet extrême. »
De plus, sur la base de l'absence de certaines molécules qui servent de traceurs d'irradiation UV dans la lumière détectée par JWST, l'équipe a déduit que le disque protoplanétaire est compact et dépourvu de gaz dans sa périphérie. Il n'étend qu'environ 10 unités astronomiques – une mesure basée sur la distance moyenne entre la Terre et le Soleil – de l'étoile hôte, à peu près la distance du soleil à Saturne. Cette compacité est probablement le résultat du rayonnement des UV externe érodant les régions extérieures du disque, selon l'équipe de recherche.
« Ces résultats soutiennent l'idée que les planètes se forment autour d'étoiles même lorsque le disque natal est exposé à de forts radiations externes », a déclaré Eric Feigelson, éminent chercheur principal et professeur d'astronomie et d'astrophysique et de statistiques à Penn State. « Cela aide à expliquer pourquoi les astronomes constatent que les systèmes planétaires sont très courants autour des autres étoiles. »
L'étude de Xue 1 représente une étape centrale dans la compréhension de l'impact du rayonnement externe sur les disques protoplanétaires, ont déclaré les chercheurs. Il jette les bases des futures campagnes d'observation avec des télescopes à la fois basés sur l'espace et le sol visant à construire une image plus complète de la formation de la planète dans différents environnements cosmiques.
Cette recherche souligne les capacités transformatrices de l'Observatoire du satellite James Webb de la NASA pour sonder les subtilités de la formation de la planète et met en évidence la résilience des disques protoplanétaires face à de formidables défis environnementaux, selon Portilla-Revelo.
