Une équipe internationale d’astronomes dirigée par les Pays-Bas a réalisé le premier inventaire bidimensionnel de la glace dans un disque de poussière et de gaz formant une planète entourant une jeune étoile. Ils ont utilisé le télescope spatial James Webb et ont publié leur résultats dans la revue Astronomie et astrophysique.
La glace joue un rôle important dans la formation des planètes et des comètes. Grâce à la glace, les particules de poussière solides s’agglutinent en morceaux plus gros, à partir desquels se forment des planètes et des comètes. De plus, les impacts des comètes porteuses de glace ont probablement contribué de manière significative à la quantité d’eau sur notre Terre, formant ses mers.
Cette glace contient également des atomes de carbone, d’hydrogène, d’oxygène et d’azote qui jouent un rôle important dans la formation des éléments moléculaires constitutifs de la vie. Cependant, la glace dans les disques formant des planètes n’avait jamais été cartographiée en détail auparavant. Cela est dû au fait que les télescopes terrestres sont gênés par notre atmosphère aquifère et parce que les autres télescopes spatiaux n’étaient pas assez grands pour détecter et résoudre des cibles aussi faibles. Le télescope spatial James Webb résout ces problèmes.
Un disque « hamburger »
Les chercheurs ont étudié la lumière de la jeune étoile HH 48 NE alors qu’elle traverse son disque de formation de planète en direction du télescope spatial. L’étoile et le disque sont situés à environ 600 années-lumière de la Terre, dans la constellation méridionale du Caméléon. Le disque apparaît comme un hamburger, avec une voie centrale sombre et deux petits pains brillants car nous le regardons de côté, par la tranche.
En route vers le télescope, la lumière des étoiles entre en collision avec de nombreuses molécules du disque. Cela crée des spectres d’absorption avec des pics spécifiques à chaque molécule. L’inconvénient est que peu de lumière atteint le télescope, en particulier depuis la partie la plus dense du disque dans la voie sombre. Mais comme le télescope spatial James Webb est plus sensible que tout autre télescope, les faibles niveaux de lumière ne posent pas de problème.
Les chercheurs ont observé des pics distincts de glace d’eau (H2O), de glace de dioxyde de carbone (CO2) et de glace de monoxyde de carbone (CO) dans les spectres d’absorption. En outre, ils ont trouvé des traces de glace d’ammoniac (NH3), de cyanate (OCN–), de sulfure de carbonyle (OCS) et de dioxyde de carbone lourd (13CO2).
Le rapport entre le dioxyde de carbone ordinaire et le dioxyde de carbone lourd a permis aux chercheurs de calculer pour la première fois la quantité de dioxyde de carbone présente dans le disque. L’un des résultats intéressants est que la glace de CO détectée par les chercheurs peut être mélangée au CO2 et à la glace d’eau, moins volatils, lui permettant de rester gelée plus près de l’étoile qu’on ne le pensait auparavant.
Le programme L’Âge de Glace
« La cartographie directe de la glace dans un disque en formation de planètes fournit une contribution importante aux études de modélisation qui aident à mieux comprendre la formation de notre Terre, d’autres planètes de notre système solaire et autour d’autres étoiles. Grâce à ces observations, nous pouvons maintenant commencer à faire des déclarations plus fermes sur la physique et la chimie de la formation des étoiles et des planètes », déclare l’auteur principal de l’étude, Ardjan Sturm (Université de Leiden, Pays-Bas).
« En 2016, nous avons créé l’un des premiers programmes de recherche du JWST, Ice Age. Nous souhaitions étudier comment les éléments constitutifs de la vie évoluent au cours de leur voyage depuis leurs origines dans les nuages interstellaires froids jusqu’aux régions de formation de comètes des jeunes systèmes planétaires. Maintenant, les résultats commencent à arriver. C’est une période vraiment excitante », déclare la co-auteure Melissa McClure (Université de Leiden). Elle dirige le programme de recherche et a publié les premières observations de glace de la période glaciaire dans les nuages moléculaires en janvier 2023.
L’équipe Ice Age étudiera prochainement des spectres plus étendus du même disque formant planète. De plus, ils sont désormais capables d’observer d’autres disques formant des planètes. Si les découvertes sur les mélanges de CO et de glace se confirment, cela modifierait la compréhension actuelle des compositions planétaires, conduisant potentiellement à des planètes plus riches en carbone plus proches de l’étoile.
À terme, les chercheurs ont l’intention d’en apprendre davantage sur les voies de formation et la composition qui en résulte des planètes, des astéroïdes et des comètes.
Plus d’information:
JA Sturm et al, Un inventaire JWST des glaces des disques protoplanétaires : le disque protoplanétaire de tranche HH 48 NE, vu avec le programme Ice Age ERS, Astronomie et astrophysique (2023). DOI : 10.1051/0004-6361/202347512. www.aanda.org/10.1051/0004-6361/202347512