Des planètes rocheuses, comme la Terre, dans un lieu "impossible"
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Représentation artistique d'une étoile jeune entourée par un disque protoplanétaire où se forment des planètes.
Crédit: ESO/L. Calçada
Ces résultats, issus du programme XUE (eXtreme Ultraviolet Environments) du JWST, portent sur l'étude des disques de formation planétaire, de vastes nuages en rotation composés de gaz, de poussière et de débris rocheux. Ces régions, où se forment et évoluent les planètes, sont vraisemblablement représentatives de l'environnement dans lequel la plupart des systèmes planétaires se sont formés. Comprendre l'impact de l'environnement sur la formation planétaire est crucial pour saisir la diversité des exoplanètes.
Le programme XUE cible 15 disques dans trois zones de la Nébuleuse du Homard (NGC 6357), un grand complexe de formation d'étoiles massives situé à environ 5 500 années-lumière de la Terre, dans la constellation du Scorpion. Cette nébuleuse est l'un des complexes de formation d'étoiles massives les plus jeunes et les plus proches, abritant certaines des étoiles les plus massives de notre galaxie. Ces étoiles, de par leur température élevée, émettent une quantité importante de rayonnement ultraviolet (UV), pouvant disperser le gaz et réduire la durée de vie prévue des disques à environ un million d'années. Grâce à Webb, les astronomes peuvent désormais étudier l'effet du rayonnement UV sur les régions internes de formation de planètes rocheuses des disques protoplanétaires.
María Claudia Ramírez-Tannus, de l'Institut Max Planck d'astronomie en Allemagne, chef de l'équipe du projet, souligne que "Webb est le seul télescope disposant de la résolution spatiale et de la sensibilité nécessaires pour étudier les disques de formation planétaire dans des régions de formation d'étoiles massives".
Pour caractériser les propriétés physiques et la composition chimique des régions de formation de planètes rocheuses des disques dans la Nébuleuse du Homard, les astronomes utilisent le Spectromètre à Moyenne Résolution sur l'instrument Mid-Infrared (MIRI) de Webb. Cette première étude se concentre sur le disque protoplanétaire nommé XUE 1, situé dans l'amas d'étoiles Pismis 24.
Arjan Bik, de l'Université de Stockholm en Suède, membre de l'équipe, ajoute: "Seule la gamme de longueurs d'onde et la résolution spectrale de MIRI nous permettent de sonder l'inventaire moléculaire et les conditions physiques du gaz et de la poussière chauds où se forment les planètes rocheuses".
Spectre du disque protoplanétaire XUE 1, situé dans l'amas d'étoiles Pismis 24. Le disque interne autour de XUE 1 a révélé des signatures d'eau (en bleu), ainsi que d'acétylène (C2H2, en vert), de cyanure d'hydrogène (HCN, en brun) et de dioxyde de carbone (CO2, en rouge). Comme indiqué, certaines émissions détectées étaient plus faibles que celles prédites par certains modèles, ce qui pourrait impliquer un petit rayon externe du disque.
Crédit: NASA, ESA, CSA, M. Ramírez-Tannus (Max Planck Institute for Astronomy), J. Olmsted (STScI)
Situé près de plusieurs étoiles massives dans NGC 6357, XUE 1 aurait été constamment exposé à de grandes quantités de rayonnement UV tout au long de sa vie. Néanmoins, dans cet environnement extrême, l'équipe a détecté une gamme de molécules constituant les briques de base des planètes rocheuses.
Rens Waters, de l'Université Radboud aux Pays-Bas, membre de l'équipe, déclare: "Nous constatons que le disque interne autour de XUE 1 est remarquablement similaire à ceux des régions de formation d'étoiles proches. Nous avons détecté de l'eau et d'autres molécules comme le monoxyde de carbone, le dioxyde de carbone, le cyanure d'hydrogène et l'acétylène. Cependant, les émissions trouvées étaient plus faibles que ce que certains modèles prévoyaient. Cela pourrait impliquer un petit rayon externe du disque."
Lars Cuijpers, également de l'Université Radboud, ajoute: "Nous étions surpris et enthousiastes, car c'est la première fois que ces molécules sont détectées dans des conditions aussi extrêmes." L'équipe a également trouvé de petites poussières de silicate partiellement cristallisées à la surface du disque, considérées comme les éléments constitutifs des planètes rocheuses.
Ces résultats sont encourageants pour la formation de planètes rocheuses, l'équipe scientifique trouvant que les conditions dans le disque interne ressemblent à celles observées dans les disques bien étudiés situés dans des régions de formation d'étoiles proches, où se forment uniquement des étoiles de faible masse. Cela suggère que les planètes rocheuses peuvent se former dans une gamme beaucoup plus large d'environnements que ce que l'on croyait auparavant.
Ce spectre montre des données du disque protoplanétaire XUE 1, situé dans l'amas d'étoiles Pismis 24. Il présente les signatures observées de monoxyde de carbone s'étendant de 4,95 à 5,15 microns.
Crédit: NASA, ESA, CSA, M. Ramírez-Tannus (Max Planck Institute for Astronomy), J. Olmsted (STScI)
L'équipe souligne que les observations restantes du programme XUE sont cruciales pour établir la fréquence de ces conditions.
"XUE 1 nous montre que les conditions pour former des planètes rocheuses sont présentes, donc la prochaine étape est de vérifier leur fréquence", conclut Ramírez-Tannus. "Nous observerons d'autres disques dans la même région pour déterminer la fréquence à laquelle ces conditions peuvent être observées."