James-Webb détecte pour la première fois de la glace cristalline hors de la Voie lactée

La glace d’eau joue un rôle dans la formation des planètes géantes et peut également être transportée vers des planètes rocheuses déjà existantes grâce aux comètes. En utilisant les données recueillies par le spectrographe proche infrarouge (NIRSpec) du télescope spatial James-Webb (NASA/ESA/CSA), les astronomes ont mis en évidence la présence de glace d’eau cristalline dans un disque de débris entourant l’étoile HD 181327.

Une étoile jeune au fort potentiel planétaire

HD 181327 se situe à environ 169 années-lumière de la Terre, dans la constellation australe du Peintre (Pictor). Cette étoile de type solaire, également répertoriée sous les désignations TYC 8765-638-1 et WISE J192258.97-543217.8, est âgée de seulement 23 millions d’années. Comparée à notre Soleil, elle est environ 30 % plus massive, ce qui en fait un excellent candidat pour l’étude des premiers stades de formation des systèmes planétaires.

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Ces minuscules fragments sont de taille idéale pour être détectés par les instruments ultrasensibles de James-Webb. Le Dr Chen Xie, astronome à l’université Johns-Hopkins, et son équipe ont observé cet objet avec le NIRSpec de James-Webb, un instrument extrêmement sensible capable de détecter des particules de poussière très fines, invisibles depuis la Terre. 

Selon Chen Xie, HD 181327 présente une activité intense au sein de son disque circumstellaire. Des collisions fréquentes et régulières ont lieu dans son disque de débris. Lorsque des corps glacés s’entrechoquent, ils libèrent d’infimes particules de glace d’eau, parfaitement détectables par James-Webb. Les travaux ont été publiés dans la revue Nature.

Une ceinture glacée rappelant celle de Kuiper

Les observations menées par James-Webb ont révélé une zone importante dépourvue de poussière entre l’étoile et son disque de débris. Au-delà de cette région, le disque présente des similitudes avec la ceinture de Kuiper de notre propre Système solaire, où l’on trouve des planètes naines, des comètes et d’autres corps glacés et rocheux souvent sujets à des collisions.

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Il y a plusieurs milliards d’années, la ceinture de Kuiper ressemblait probablement au disque de HD 181327. « Webb a confirmé sans équivoque la présence de glace d’eau cristalline », précise le Dr Xie. Ce type de glace est également observable dans certains endroits de notre Système solaire, comme les anneaux de Saturne ou les corps glacés de la ceinture de Kuiper. 

Mais la véritable nouveauté réside dans la nature de la glace détectée : il s’agit de glace d’eau cristalline, une forme ordonnée et structurée de la glace, déjà connue pour exister dans les anneaux de Saturne et parmi les objets de la ceinture de Kuiper. Sa présence prouve que certaines conditions de température et de pression favorisent non seulement la conservation de l’eau sous forme solide, mais aussi son organisation cristalline dans des environnements aussi jeunes.

Une répartition inégale de la glace dans le disque

La glace d’eau n’est pas uniformément répartie dans le disque de débris de HD 181327. La majorité se concentre dans les zones les plus froides, éloignées de l’étoile. Dans les régions extérieures du disque, plus de 20 % de la matière est constituée de glace d’eau. Vers le milieu du disque, cette proportion diminue à environ 8 %. Ces particules glacées semblent se former à un rythme légèrement supérieur à celui de leur destruction.

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Cependant, à proximité de l’étoile, presque aucune glace d’eau n’a été détectée. Les chercheurs pensent que la lumière ultraviolette intense émise par HD 181327 vaporise les particules glacées proches. Une autre hypothèse suggère que des roches appelées planétésimaux pourraient avoir emprisonné la glace d’eau, ce que le télescope James-Webb n’est pas en mesure de détecter directement.

« La présence de glace d’eau est un facteur clé dans le processus de formation des planètes », ajoute le Dr Xie. Ce matériau glacé peut également être transporté vers des planètes rocheuses qui se forment dans des systèmes comme celui-ci, un processus qui pourrait s’étendre sur plusieurs centaines de millions d’années.

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

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