James-Webb découvre des planètes se formant dans les environnements les plus hostiles de l’espace

Récemment, dans le cadre d’une nouvelle étude et grâce au télescope spatial James-Webb (JWST), des astronomes ont pu explorer en profondeur l’une des régions de formation d’étoiles les plus intenses en radiations de la Voie lactée. Ils ont alors découvert que des planètes semblables à la Terre peuvent se former même dans les environnements les plus hostiles de la galaxie. Explications.

Des environnements propices à la vie ?

Comme l’ont rapporté les astronomes, qui ont publié les résultats de leurs nouvelles découvertes dans The Astrophysical Journal, ces observations élargissent l’éventail des environnements propices à la formation d’autres mondes habitables. Auparavant, ils pensaient que ces conditions difficiles pouvaient ne pas être propices à la formation de planètes. « On a longtemps pensé que le rayonnement ultraviolet (UV) représentait une menace sérieuse pour la formation de planètes autour d’étoiles proches et plus petites », a déclaré Konstantin Getman, professeur-chercheur au département d’astronomie et d’astrophysique de Penn State.

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Toutefois, les résultats de ces nouvelles découvertes montrent que même dans ces conditions ultraviolettes difficiles, les disques protoplanétaires, des anneaux tourbillonnants de gaz et de poussière où naissent les planètes, peuvent encore survivre et évoluer.

« Nous ne pouvons pas remonter le temps pour étudier la formation des exoplanètes que nous observons aujourd’hui », a déclaré à son tour María Claudia Ramírez-Tannus, co-auteure de l’étude et astronome à l’Institut Max-Planck d’astronomie de Heidelberg, en Allemagne. « Nous devons plutôt rechercher leurs homologues plus jeunes, qui sont des disques planétaires présents dans des environnements extrêmes soumis à un rayonnement ultraviolet intense. »

Le disque XUE 1

Dans cette nouvelle étude, les chercheurs se sont concentrés sur XUE 1, le disque entourant une jeune étoile dans cet environnement extrême, afin d’en étudier la taille, la masse, la température et la composition chimique. XUE 1 baigne dans un rayonnement ultraviolet bien plus intense que tout ce que notre Système solaire a jamais connu. « En fait, si XUE 1 était placé à l’emplacement du Soleil de notre Système solaire, il recevrait 100 000 fois moins d’énergie UV par seconde qu’actuellement », a déclaré Bayron Portilla Revelo, chercheur postdoctoral au département d’astronomie et d’astrophysique de Penn State et auteur principal de la nouvelle étude.

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James-Webb a joué un rôle essentiel dans cette nouvelle découverte. En effet, le télescope a révolutionné l’étude des disques protoplanétaires irradiés, offrant la sensibilité et la résolution nécessaires pour les observer à des milliers d’années-lumière. « Le JWST est le seul instrument suffisamment sensible pour observer des disques relativement faibles dans des régions très éloignées », a ajouté María Claudia Ramírez-Tannus.

Par la suite, ils ont tiré parti de l’instrument à infrarouge moyen MIRI du James-Webb. Il capture le cosmos dans les longueurs d’onde de l’infrarouge moyen. Et ils ont utilisé les observations recueillies en 2023, complétées par celles du Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy, du télescope spatial Hubble et du télescope spatial Spitzer. Ces données leur ont permis d’observer l’émission d’un disque situé à 5 500 années-lumière.

Pour interpréter ces observations, les astronomes ont finalement introduit le premier modèle computationnel thermochimique basé sur le James-Webb, le MIRI et des données d’archives afin de simuler l’interaction entre la lumière, la chaleur et les réactions chimiques au sein du disque protoplanétaire XUE 1. Les modèles thermochimiques ont un avantage considérable pour l’étude des disques de formation planétaire, car ils permettent aux astronomes d’explorer des détails tels que la quantité de matière disponible pour former les planètes. « C’est crucial pour comprendre comment des systèmes planétaires comme le nôtre se forment », a précisé Bayron Portilla Revelo. « Les modèles thermochimiques sont exigeants en termes de calcul et nécessitent une grande quantité de données pour être efficaces. XUE 1 a été peu observé jusqu’à présent, de sorte que le manque de données a rendu le disque protoplanétaire difficile à modéliser. »

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Le modèle a produit des spectres lumineux synthétiques, qui ont ensuite été comparés aux données réelles. En comparant les simulations aux observations, les chercheurs ont déduit des propriétés critiques du disque, notamment sa température, sa densité et sa composition chimique. Leur étude a aussi révélé un disque compact et tronqué, où un rayonnement ultraviolet intense modifie significativement la température des gaz et la chimie dont il est question. Parmi les découvertes les plus marquantes, on trouve la présence d’eau, même dans un environnement aussi hostile.

L’importance de la formation des planètes

Bayron Portilla Revelo ajoutant : « Notre modèle indique que la partie la plus interne du disque, où des planètes comme la Terre peuvent se former, ne semble pas affectée par les radiations UV externes nocives. Avant les observations, les scientifiques avaient une idée très différente de l’aspect du spectre. Notre modélisation contribue à expliquer l’aspect du spectre du JWST. Si la lumière UV des étoiles proches affecte fortement les régions externes du disque, où les planètes géantes sont susceptibles de se former, elle a peu d’impact direct sur les régions internes, qui sont la source de la lumière détectée par le JWST. »

Finalement, ces résultats suggèrent que la formation des planètes pourrait être plus résiliente qu’on ne le pensait auparavant, élargissant ainsi « la gamme d’environnements dans lesquels des mondes propices à la vie pourraient émerger et offrant un aperçu rare des diverses pépinières stellaires de notre galaxie. En étudiant davantage de ces régions, en particulier celles exposées à une forte lumière UV provenant d’étoiles massives proches, nous pouvons mieux comprendre comment de tels environnements intenses affectent les disques autour des étoiles de toutes masses et de toutes tailles », a conclu Konstantin Getman.

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Par ailleurs, James-Webb observe de mystérieuses structures au-dessus de la Grande Tache rouge de Jupiter.