La découverte en 2008 par le télescope Spitzer de la NASA d’un disque protoplanétaire unique autour de SZ Cha, avec un rayonnement ultraviolet inhabituel, a été contredite par les découvertes ultérieures du télescope James Webb sur les niveaux de rayonnement typiques. Ces observations contradictoires, en particulier les différentes signatures des néons, suggèrent un changement significatif et inédit dans l’exposition aux radiations du disque. Cela remet en question les modèles actuels de formation des planètes et nécessite des recherches plus approfondies.
Le contraste entre le Télescope spatial James WebbLes observations de et celles du télescope spatial Spitzer, il y a à peine 15 ans, indiquent des conditions changeantes autour d’une étoile semblable au Soleil.
En 2008 NASALe télescope spatial Spitzer de a découvert un disque protoplanétaire pas comme les autres. Le disque poussiéreux de gaz entourant la jeune étoile semblable au Soleil, SZ Chamaeleontis (SZ Cha), était frappé par un rayonnement ultraviolet extrême – quelque chose que l’on voyait auparavant uniquement dans des modèles informatiques, jamais dans l’univers réel. Les planètes de ce système auraient plus de temps pour se former que dans un disque évaporé par les rayons X, ce qui est la norme. Cependant, lorsque le télescope spatial James Webb a suivi SZ Cha, il n’a rien trouvé d’extraordinaire : aucune abondance de rayonnement ultraviolet. En un court laps de temps cosmique, les conditions dans le disque de SZ Cha ont changé, laissant les astronomes devoir démêler le sens des données incompatibles et leurs implications pour la formation d’autres systèmes solaires.
Dans le concept de cet artiste, la jeune étoile SZ Chamaeleontis (SZ Cha) est entourée d’un disque de poussière et de gaz ayant le potentiel de former un système planétaire. Autrefois, notre système solaire ressemblait à ceci, avant la formation des planètes, des lunes et des astéroïdes. Les matières premières, notamment celles nécessaires à la vie sur Terre, étaient présentes dans le disque protoplanétaire du Soleil. Crédit : NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)
Le télescope spatial Webb suit les enseignes au néon vers une nouvelle réflexion sur la formation des planètes
Les scientifiques suivent les panneaux lumineux à la recherche d’indices sur l’avenir d’un système planétaire et sur le passé d’un autre – notre propre système solaire. Faisant suite à une lecture particulière effectuée par le précédent observatoire infrarouge phare de la NASA, le télescope spatial Spitzer, désormais à la retraite, le télescope spatial James Webb de l’agence a détecté des traces distinctes de l’élément néon dans le disque poussiéreux entourant la jeune étoile semblable au Soleil SZ Chamaeleontis (SZ Cha ).
Les différences dans les lectures du néon entre Spitzer et Webb indiquent un changement jamais observé auparavant dans le rayonnement de haute énergie qui atteint le disque, ce qui finit par provoquer son évaporation, limitant ainsi le temps dont disposent les planètes pour se former.
« Comment est-ce qu’on est arrivés ici? Cela nous ramène vraiment à cette grande question, et SZ Cha est le même type de jeune étoile, une étoile T-Tauri, que notre Soleil il y a 4,5 milliards d’années à l’aube du système solaire », a déclaré l’astronome Catherine Espaillat de l’Université de Boston. , dans le Massachusetts, qui a dirigé à la fois les observations Spitzer de 2008 et les nouveaux résultats Webb qui viennent d’être publiés dans Le Lettres de journaux astrophysiques.
« Les matières premières de la Terre, et finalement de la vie, étaient présentes dans le disque de matière qui entourait le Soleil après sa formation, et donc étudier ces autres jeunes systèmes est aussi proche que possible de remonter dans le temps pour voir comment notre propre l’histoire a commencé.
Les données contrastées des télescopes spatiaux James Webb et Spitzer de la NASA montrent un changement dans le disque entourant l’étoile SZ Chamaeleontis (SZ Cha) en seulement 15 ans. En 2008, la détection par Spitzer d’un néon III significatif a fait de SZ Cha une valeur aberrante parmi les jeunes disques protoplanétaires similaires. Cependant, lorsque Webb a suivi SZ Cha en 2023, le rapport néon II/III se situait dans les niveaux habituels. Crédit : NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)
Le néon comme indicateur de rayonnement et le comportement déroutant de SZ Cha
Les scientifiques utilisent le néon comme indicateur de la quantité et du type de rayonnement qui frappe et érode le disque autour d’une étoile. Lorsque Spitzer a observé SZ Cha en 2008, il a constaté une valeur aberrante, avec des lectures au néon contrairement à tout autre jeune disque T-Tauri. La différence réside dans la détection du néon III, qui est généralement rare dans les disques protoplanétaires qui sont frappés par des rayons X à haute énergie. Cela signifiait que le rayonnement à haute énergie dans le disque SZ Cha provenait de la lumière ultraviolette (UV) au lieu des rayons X. En plus d’être le seul résultat étrange dans un échantillon de 50 à 60 jeunes disques stellaires, la différence entre les rayons UV et les rayons X est significative pour la durée de vie du disque et de ses planètes potentielles.
« Les planètes sont essentiellement engagées dans une course contre la montre pour se former dans le disque avant qu’il ne s’évapore », a expliqué Thanawuth Thanathibodee, de l’Université de Boston, un autre astronome de l’équipe de recherche. « Dans les modèles informatiques de systèmes en développement, le rayonnement ultraviolet extrême permet 1 million d’années de plus à la formation des planètes que si l’évaporation était principalement causée par les rayons X. »
Ainsi, SZ Cha était déjà une véritable énigme lorsque l’équipe d’Espaillat est revenue l’étudier avec Webb, pour découvrir une nouvelle surprise : la signature inhabituelle du néon III avait pratiquement disparu, indiquant la dominance typique des rayons X.
L’équipe de recherche pense que les différences dans les signatures des néons dans le système SZ Cha sont le résultat d’un vent variable qui, lorsqu’il est présent, absorbe la lumière UV et laisse les rayons X frapper le disque. Les vents sont courants dans un système avec une étoile énergétique nouvellement formée, dit l’équipe, mais il est possible d’attraper le système pendant une période calme et sans vent, ce que Spitzer a fait.
« Les données Spitzer et Webb sont excellentes, nous savions donc que ce devait être quelque chose de nouveau que nous observions dans le système SZ Cha – un changement significatif des conditions en seulement 15 ans », a ajouté le co-auteur Ardjan Sturm de l’Université de Leiden. , Pays-Bas.
Recherche continue et complexité de l’univers
L’équipe d’Espaillat prévoit déjà d’autres observations de SZ Cha avec Webb, ainsi que d’autres télescopes, pour percer ses mystères. « Il sera important d’étudier SZ Cha et d’autres jeunes systèmes dans de multiples longueurs d’onde de lumière, comme les rayons X et la lumière visible, pour découvrir la véritable nature de cette variabilité que nous avons trouvée », a déclaré le co-auteur Caeley Pittman de Université de Boston. « Il est possible que de brèves périodes calmes dominées par un rayonnement UV extrême soient courantes dans de nombreux jeunes systèmes planétaires, mais nous n’avons tout simplement pas été en mesure de les capter. »
« Une fois de plus, l’univers nous montre qu’aucune de ses méthodes n’est aussi simple que nous aimerions le faire croire. Nous devons repenser, réobserver et rassembler plus d’informations. Nous suivrons les enseignes lumineuses », précise Espaillat.
Cette recherche a été publiée le 15 novembre dans Les lettres du journal 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 mené par la NASA avec ses partenaires, l’ESA (Agence spatiale européenne) et l’Agence spatiale canadienne.
