Chaque fois qu’une étoile se forme, elle représente une explosion de possibilités. Pas pour la star elle-même ; son destin est régi par sa masse. Les possibilités que cela signifie se trouvent dans les planètes qui se forment autour d’elle. Est-ce que certains seront rocheux ? Seront-ils en zone habitable ? Y aura-t-il un jour de la vie sur l’une des planètes ?
Il y a un moment dans le développement de chaque système stellaire où il ne peut plus former de planètes. Aucune planète ne peut plus se former car il n’y a plus de gaz ni de poussière disponibles et les possibilités planétaires en expansion sont tronquées. Mais la masse totale des planètes d’un système stellaire ne correspond jamais à la masse totale de gaz et de poussières disponibles autour de la jeune étoile.
Qu’arrive-t-il à la masse et pourquoi d’autres planètes ne peuvent-elles pas se former ?
Lorsqu’une protoétoile se forme dans un nuage d’hydrogène moléculaire, elle est accompagnée d’un disque rotatif de gaz et de poussière appelé disque circumstellaire. À mesure que la matière se rassemble en corps de plus en plus grands, les planétésimaux forment, et finalement, des planètes. À ce stade, le disque est appelé disque protoplanétaire. Mais quel que soit le nom que nous lui donnons, le disque en rotation est le réservoir de matière à partir duquel se forment les planètes.
Dans notre système solaire, il y a plus d’objets rocheux que gazeux. Pas en masse mais en nombre. Les scientifiques pensent que des systèmes similaires au nôtre forment un nombre similaire d’objets rocheux et gazeux.
Mais aux débuts du système solaire, il y avait bien plus de gaz que de solides. Cela contredit le fait que les disques autour des jeunes étoiles contiennent 100 fois plus de gaz que de solides. Où va tout le gaz ?
De nouvelles recherches basées sur les observations du JWST apportent une réponse. Le étude est « Observations JWST MIRI MRS de T Cha : découverte d’un vent de disque résolu spatialement ». Il est publié dans Le journal astronomiqueet l’auteur principal est Naman S. Bajaj, doctorant au laboratoire lunaire et planétaire de l’Université de l’Arizona.
T Chamaelontis (T Cha) est une jeune étoile T Tauri située à environ 335 années-lumière. Les étoiles T Tauri ont moins de 10 millions d’années environ et ne sont pas encore entrées dans la séquence principale. À ce stade de leur développement, les disques autour des étoiles T Tauri se dissipent. Le gaz contenu dans le disque est activement dispersé dans l’espace.
« Il est important de savoir quand le gaz se disperse, car cela nous donne une meilleure idée du temps dont disposent les planètes gazeuses pour consommer le gaz de leur environnement », a déclaré l’auteur principal, Bajaj. « Avec un aperçu sans précédent de ces disques entourant les jeunes étoiles, lieux de naissance des planètes, JWST nous aide à découvrir comment les planètes se forment. »
Étant donné que le type et le nombre de planètes formées dans un disque autour d’une étoile dépendent de la quantité de gaz et de poussière disponibles, savoir comment et quand ils se dispersent est fondamental pour comprendre l’éventuel système stellaire.
« En bref, l’issue de la formation des planètes dépend de l’évolution et de la dispersion du disque », a déclaré Bajaj.
T Cha est remarquable pour une autre raison au-delà de son jeune âge. Son disque circumstellaire en érosion présente un vaste trou de poussière d’environ 30 unités astronomiques de large. À l’intérieur de l’espace se trouve un anneau étroit de matériau proche de l’étoile, et à l’extérieur de l’espace se trouve le reste du matériau du disque. Un candidat planétaire est dans la brèche mais ne fait pas partie de cette recherche.
La force qui disperse le gaz s’appelle le vent du disque. Dans cette recherche, les scientifiques impliqués ont utilisé le JWST pour sonder le disque et découvrir ce qui entraîne le vent. C’est la première fois que les scientifiques imaginent le vent du disque.
L’ionisation joue un rôle important dans la dispersion du disque. L’ionisation se produit lorsque des photons énergétiques d’une étoile frappent un atome et enlèvent un ou plusieurs électrons. L’ionisation de différents types d’atomes libère une lumière particulière que le JWST peut voir et que les scientifiques peuvent utiliser pour retracer l’activité dans le disque. Dans cette recherche, le JWST a détecté deux gaz rares ionisés : l’argon et le néon. Le JWST a également détecté de l’argon doublement ionisé, c’est la première fois qu’il est détecté dans un disque.
Les astronomes savent depuis une décennie que Ne ii trace les vents du disque. Les scientifiques travaillant avec le télescope spatial Spitzer de la NASA l’ont découvert. À T Cha, le Ne ii trace l’émission loin du disque, ce qui est compatible avec un vent de disque.
« La signature au néon dans nos images nous indique que le vent du disque provient d’une région étendue éloignée du disque », a déclaré Bajaj. « Ces vents pourraient être provoqués soit par des photons à haute énergie – essentiellement la lumière provenant de l’étoile – soit par le champ magnétique qui traverse le disque formant la planète. »
Il est essentiel de comprendre la source de l’ionisation. Pour l’approfondir, les chercheurs se sont appuyés sur des simulations. Les chercheurs ont simulé le rayonnement intense provenant de la jeune étoile et l’ont comparé aux observations du JWST. Il y a eu une bonne correspondance montrant que les photons stellaires énergétiques peuvent conduire à la dispersion du disque.
« Notre découverte de l’émission de néon résolue spatialement – et la première détection d’argon doublement ionisé – à l’aide du télescope spatial James Webb pourrait devenir la prochaine étape vers la transformation de notre compréhension de la façon dont le gaz s’échappe d’un disque en formation de planète », a déclaré Ilaria Pascucci, un professeur au LPL qui a contribué à découvrir que le néon trace les vents du disque. « Ces informations nous aideront à avoir une meilleure idée de l’histoire et de l’impact sur notre propre système stellaire. »
En tant que jeune star de T Tauri, T Cha évolue rapidement. Les observations précédentes il y a environ 17 ans avec Spitzer ont révélé un spectre différent de ces observations avec le JWST. Les différences peuvent s’expliquer par un petit disque interne de matériau près de T Cha qui a perdu une masse notable au cours des 17 années écoulées. En termes scientifiques spécifiques, le MIRI [Ne ii] Le flux est 50 % plus élevé que le flux de Spitzer obtenu en 2006. De futures études pourraient contribuer à apporter encore plus de lumière sur ces lignes de diagnostic du vent.
Chengyan Xie, doctorant en deuxième année au LPL qui participe à la recherche, pense que nous observons la dispersion des disques en temps réel et que les choses vont continuer à évoluer rapidement.
« Avec d’autres études, cela suggère également que le disque de T Cha est à la fin de son évolution », a déclaré Xie. « Nous pourrons peut-être assister à la dispersion de toute la masse de poussière du disque interne de T Cha au cours de notre vie. »
La formation des planètes pourrait être sur le point de s’arrêter à T Cha, et le JWST nous aide à y parvenir.
Plus d’information:
Naman S. Bajaj et al, JWST MIRI MRS Observations de T Cha : découverte d’un vent de disque résolu spatialement, Le journal astronomique (2024). DOI : 10.3847/1538-3881/ad22e1