Le télescope Webb capture une collision massive d'astéroïdes dans le système stellaire voisin

De nouvelles observations mettent en lumière les processus volatils qui façonnent les systèmes stellaires comme le nôtre, offrant un aperçu unique des étapes primordiales de la formation planétaire.

Les astronomes ont capturé un instantané d'une collision d'astéroïdes géants dans Beta Pictoris, révélant des informations sur la formation précoce des planètes. L'étude, utilisant les données des télescopes spatiaux James Webb et Spitzer, a suivi les changements de poussière autour de l'étoile. Les résultats suggèrent une collision massive survenue il y a 20 ans, modifiant notre compréhension du développement de ce jeune système stellaire.

Collision massive dans le système stellaire Beta Pictoris

Les astronomes ont capturé ce qui semble être un instantané d'une collision massive d'astéroïdes géants dans Beta Pictoris, un système stellaire voisin connu pour son âge précoce et son activité tumultueuse de formation de planètes.

Les observations mettent en lumière les processus volatils qui façonnent les systèmes stellaires comme le nôtre, offrant un aperçu unique des étapes primordiales de la formation planétaire.

« Beta Pictoris est à un âge où la formation de planètes dans la zone des planètes terrestres est toujours en cours à travers des collisions d'astéroïdes géants. Ce que nous pourrions donc voir ici, c'est essentiellement la façon dont les planètes rocheuses et d'autres corps se forment en temps réel », a déclaré Christine Chen, chercheuse scientifique. Astronome de l'Université Johns Hopkins qui a dirigé la recherche.

Les conclusions ont été présentées le 10 juin lors de la 244e réunion de l'American Astronomical Society à Madison, dans le Wisconsin.

Deux télescopes spatiaux différents ont pris des instantanés à 20 ans d'intervalle de la même zone autour de l'étoile appelée Beta Pictoris. Les scientifiques émettent l'hypothèse que la quantité massive de poussière observée sur l'image de 2004-2005 du télescope spatial Spitzer indique une collision d'astéroïdes qui s'étaient en grande partie dissipés au moment où le télescope spatial James Webb a capturé ses images en 2023. Crédit : Roberto Molar Candanosa/Johns Hopkins University, avec l'art conceptuel Beta Pictoris de Lynette Cook/NASA

Changements importants dans les signatures énergétiques de la poussière

L'équipe de Chen a repéré des changements significatifs dans les signatures énergétiques émises par les grains de poussière autour de Beta Pictoris en comparant de nouvelles données du Télescope spatial James Webb avec des observations du télescope spatial Spitzer de 2004 et 2005. Grâce aux mesures détaillées de Webb, l'équipe a suivi la composition et la taille des particules de poussière dans la zone exacte précédemment analysée par Spitzer.

En se concentrant sur la chaleur émise par les silicates cristallins – des minéraux que l’on trouve couramment autour des jeunes étoiles ainsi que sur Terre et d’autres corps célestes – les scientifiques n’ont trouvé aucune trace des particules observées précédemment en 2004-2005. Cela suggère qu'une collision cataclysmique s'est produite entre des astéroïdes et d'autres objets il y a environ 20 ans, pulvérisant les corps en fines particules de poussière plus petites que le pollen ou le sucre en poudre, a déclaré Chen.

Le système stellaire Beta Pictoris

Beta Pictoris est un jeune système stellaire situé à environ 63 années-lumière de la Terre dans la constellation Pictor. Connue pour son âge d'environ 20 millions d'années, ce qui est nettement plus jeune que notre système solaire vieux de 4,5 milliards d'années, Beta Pictoris présente un intérêt particulier pour les astronomes qui étudient la formation planétaire. Le système héberge un disque de débris proéminent, indicatif de la formation planétaire en cours, et possède au moins deux géantes gazeuses connues, Beta Pictoris b et c. Les processus dynamiques au sein de Beta Pictoris, notamment les collisions fréquentes et l'altération spatiale, offrent des informations précieuses sur les premiers stades du développement planétaire et de la formation des planètes telluriques.

Preuve de collision cataclysmique

« Nous pensons que toute cette poussière est ce que nous avons vu initialement dans les données Spitzer de 2004 et 2005 », a déclaré Chen, qui est également astronome au Space Telescope Science Institute. « Avec les nouvelles données de Webb, la meilleure explication que nous ayons est qu'en fait, nous avons été témoins des conséquences d'un événement cataclysmique peu fréquent entre de grands corps de la taille d'astéroïdes, marquant un changement complet dans notre compréhension de ce système stellaire. »

Les nouvelles données suggèrent que la poussière dispersée vers l'extérieur par le rayonnement de l'étoile centrale du système n'est plus détectable, a déclaré Chen. Initialement, la poussière proche de l'étoile s'est réchauffée et a émis un rayonnement thermique identifié par les instruments de Spitzer. Désormais, la poussière qui s’est refroidie en s’éloignant de l’étoile n’émet plus ces caractéristiques thermiques.

Phénomène de poussière qui disparaît

Lorsque Spitzer a collecté les données précédentes, les scientifiques ont supposé que quelque chose comme de petits corps broyés remuerait et reconstituerait la poussière régulièrement au fil du temps. Mais les nouvelles observations de Webb montrent que la poussière a disparu et n'a pas été remplacée. La quantité de poussière soulevée est environ 100 000 fois plus grande que celle de l'astéroïde qui a tué les dinosaures, a déclaré Chen.

Beta Pictoris, située à environ 63 années-lumière de la Terre, est depuis longtemps un point focal pour les astronomes en raison de sa proximité et de ses processus aléatoires où les collisions, l'altération spatiale et d'autres facteurs de création de planètes dicteront le sort du système.

Beta Pictoris : un système jeune étoile

À seulement 20 millions d’années – comparé à notre système solaire vieux de 4,5 milliards d’années – Beta Pictoris se trouve à un âge clé où des planètes géantes se sont formées mais où des planètes telluriques pourraient encore se développer. Elle possède au moins deux géantes gazeuses connues, Beta Pic b et c, qui influencent également la poussière et les débris environnants.

« La question que nous essayons de contextualiser est de savoir si tout ce processus de formation de planètes terrestres et géantes est commun ou rare, et la question encore plus fondamentale : les systèmes planétaires comme le système solaire sont-ils si rares ? a déclaré le co-auteur Kadin Worthen, doctorant en astrophysique à Johns Hopkins. « Nous essayons essentiellement de comprendre à quel point nous sommes bizarres ou moyens. »

Capacité inégalée du télescope Webb

Les nouvelles découvertes soulignent également la capacité inégalée du télescope Webb à dévoiler les subtilités des exoplanètes et des systèmes stellaires, rapporte l'équipe. Ils offrent des indices clés sur la manière dont les architectures d'autres systèmes solaires ressemblent à la nôtre et permettront probablement aux scientifiques de mieux comprendre comment les premières perturbations influencent l'atmosphère des planètes, leur teneur en eau et d'autres aspects clés de l'habitabilité.

« La plupart des découvertes du JWST proviennent de choses que le télescope a détectées directement », a déclaré le co-auteur Cicero Lu, ancien doctorant en astrophysique à Johns Hopkins. « Dans ce cas, l'histoire est un peu différente car nos résultats proviennent de ce que JWST n'a pas vu. »

Recherche collaborative et financement

Les autres auteurs sont Yiwei Chai et Alexis Li de Johns Hopkins ; David R. Law, BA Sargent, GC Sloan, Julien H. Girard, Dean C. Hines, Marshall Perrin et Laurent Pueyo du Space Telescope Science Institute ; Carey M. Lisse du laboratoire de physique appliquée de l'Université Johns Hopkins ; Dan M. Watson de l'Université de Rochester ; Jens Kammerer de l'Observatoire européen austral ; Isabel Rebollido du Agence spatiale européenne; et Christopher Stark de NASA Centre de vol spatial Goddard.

La recherche a été soutenue par la National Aeronautics and Space Administration sous la subvention n° 80NSSC22K1752.