Une équipe internationale d’astronomes a utilisé le télescope spatial James Webb de la NASA/ESA/CSA pour réaliser la première observation d’eau et d’autres molécules dans les régions du disque interne qui forment les planètes rocheuses, dans l’un des environnements les plus extrêmes de notre galaxie.
Ces résultats suggèrent que les conditions de formation des planètes rocheuses que l’on trouve généralement dans les disques des régions où se forment les étoiles de faible masse peuvent également se produire dans les régions où se forment les étoiles massives, et peut-être dans une gamme plus large d’environnements, rapporte l’Agence spatiale européenne dans The Astrophysical Journal.
Il s’agit des premiers résultats du programme eXtreme UV Environments (XUE) du télescope spatial James Webb de la NASA, qui se concentre sur la caractérisation des disques de formation planétaire dans les régions où se forment des étoiles massives. Ces régions représentent probablement l’environnement dans lequel la plupart des systèmes planétaires se sont formés. Il est important pour les scientifiques de comprendre l’influence de l’environnement sur la formation des planètes afin de mieux comprendre la diversité des populations d’exoplanètes observées.
Représentation artistique d’un disque protoplanétaire. ESA
Le programme XUE cible un total de 15 disques dans trois régions 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’une des régions de formation d’étoiles les plus jeunes et les plus proches, contenant certaines des étoiles les plus massives de notre galaxie. Les étoiles massives sont plus chaudes et émettent donc plus de rayonnement ultraviolet (UV). Cela pourrait disperser le gaz dans le disque, réduisant leur durée de vie prévue à seulement un million d’années. Grâce à Webb, les astronomes peuvent désormais étudier les effets du rayonnement UV sur les régions internes des disques protoplanétaires rocheux formant des planètes autour d’étoiles comme notre Soleil.
«Webb est le seul télescope doté de la résolution spatiale et de la sensibilité nécessaires pour étudier les disques de formation planétaire dans les régions où se forment des étoiles massives», a déclaré Maria Claudia Ramirez-Tannus, chef d’équipe de l’Institut Max Planck d’astronomie en Allemagne.
Les astronomes ont l’intention de caractériser les propriétés physiques et la composition chimique des régions de formation des planètes rocheuses dans la nébuleuse du Homard à l’aide du spectromètre à résolution moyenne Webb (MRS) sur l’instrument Mid-Infrared Imager (MIRI). Ce premier résultat se concentre sur un disque protoplanétaire appelé XUE 1, qui est situé dans l’amas d’étoiles Pismis 24.
Disque protoplanétaire XUE 1 (spectre d’émission MIRI : 13,3–15,5 μm). ESA
«Seule la gamme de longueurs d’onde et la résolution spectrale du MIRI nous permettent de sonder la composition moléculaire et les conditions physiques du gaz chaud et de la poussière où se forment les planètes rocheuses», a déclaré Arjan Bik, membre de l’équipe de l’Université de Stockholm en Suède.
En raison de sa situation à proximité de plusieurs étoiles massives dans NGC6357, les scientifiques s’attendent à ce que XUE 1 ait été continuellement exposé à un fort rayonnement ultraviolet tout au long de sa vie. Cependant, dans cet environnement extrême, l’équipe a trouvé un certain nombre de molécules qui sont les éléments constitutifs des planètes rocheuses.
«Nous avons découvert que le disque interne autour de XUE 1 est remarquablement similaire à ceux trouvés dans les régions de formation d’étoiles voisines», 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 telles que le monoxyde de carbone, le dioxyde de carbone, le cyanure d’hydrogène et l’acétylène. Cependant, le rayonnement détecté était plus faible que prévu par certains modèles. Cela pourrait indiquer un petit rayon du disque externe.
«Nous avons été surpris et enthousiasmés car c’est la première fois que ces molécules sont détectées dans des conditions aussi extrêmes», a ajouté Lars Kuipers de l’Université Radboud. L’équipe a également trouvé des traces de petits grains de poussière de silicate partiellement cristallins à la surface du disque. Ils sont considérés comme les éléments constitutifs des planètes rocheuses.
Disque protoplanétaire XUE 1 (spectre d’émission MIRI : 4,95–5,15 μm). ESA
Ces résultats sont une bonne nouvelle pour le domaine de la formation des planètes rocheuses, car l’équipe a constaté que les conditions dans le disque interne ressemblent à celles trouvées dans des disques bien étudiés situés dans des régions de formation d’étoiles proches où seules les étoiles de faible masse se forment. Cela suggère que les planètes rocheuses peuvent se former dans une gamme d’environnements beaucoup plus large qu’on ne le pensait auparavant.
Le groupe note que les observations restantes du programme XUE sont essentielles pour établir le caractère commun de ces conditions.
«XUE1 nous montre que les conditions pour la formation de planètes rocheuses existent, donc la prochaine étape est de tester à quel point cela est courant», explique Ramirez-Tannus. «Nous observerons d’autres disques dans la même région pour déterminer la fréquence à laquelle ces conditions peuvent être observées.»
Webb est le télescope le plus grand et le plus puissant jamais lancé dans l’espace. Dans le cadre d’un accord de coopération internationale, l’ESA a fourni le service de lancement du télescope à l’aide du lanceur Ariane 5. En collaboration avec ses partenaires, l’ESA a été responsable du développement et de la qualification des adaptations d’Ariane 5 pour la mission Webb et de l’approvisionnement des services de lancement par Arianespace. L’ESA a également fourni le spectrographe NIRSpec et 50 % de l’instrument MIRI dans l’infrarouge moyen, qui a été conçu et construit par un consortium d’instituts européens financés au niveau national (le Consortium européen MIRI) en partenariat avec le JPL et l’Université de l’Arizona. Webb est un partenariat international entre la NASA, l’ESA et l’Agence spatiale canadienne (ASC).
