Le télescope spatial James-Webb résout un mystère de Hubble vieux de 20 ans

Le télescope spatial James-Webb (JWST) a récemment permis de lever le voile sur une énigme qui perturbait les astronomes depuis deux décennies : comment des étoiles anciennes, composées principalement d’hydrogène et d’hélium, pouvaient-elles abriter des planètes massives ? Des découvertes faites par le télescope Hubble dans les années 2000 avaient mis en lumière l’existence de planètes géantes, mais leur formation semblait contradictoire avec les conditions de l’Univers primitif. Grâce aux observations du JWST, les scientifiques ont désormais une meilleure compréhension des mécanismes qui ont permis l’apparition de ces mondes lointains.

Un mystère vieux de 20 ans

Au début des années 2000, le télescope spatial Hubble avait observé une planète gigantesque, 2,5 fois plus grande que Jupiter, formée dans la Voie lactée il y a environ 13 milliards d’années. Cette découverte a suscité de nombreuses interrogations, car à cette époque, les étoiles ne possédaient quasiment pas d’éléments lourds comme le carbone ou le fer, des composants essentiels pour la formation des planètes. Les astronomes pensaient que les disques de gaz et de poussière entourant ces étoiles ne pouvaient survivre aux radiations intenses et se dispersaient en quelques millions d’années.

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Mais comment des planètes massives pouvaient-elles se former dans ces conditions extrêmes ? Selon les théories initiales, il aurait fallu l’explosion de supernovae, qui ont créé les éléments lourds nécessaires, pour permettre la formation de disques planétaires capables de donner naissance à des planètes. Le JWST a apporté des réponses en observant des étoiles similaires aux anciennes étoiles de l’Univers primitif. 

Une étude publiée dans The Astrophysical Journal a montré que, contrairement aux hypothèses précédentes, les disques planétaires autour des étoiles jeunes peuvent subsister beaucoup plus longtemps que prévu, même dans des environnements où les éléments lourds sont rares. Guido De Marchi, principal auteur de l’étude, a expliqué que ces étoiles, même âgées de 20 à 30 millions d’années, sont entourées de disques en formation, suggérant que les planètes peuvent se développer plus lentement et ont plus de temps pour émerger.

Une nouvelle lumière sur la formation des planètes

Les observations récentes réalisées par James-Webb ont porté sur des étoiles jeunes situées dans l’amas NGC 346, un groupe d’étoiles situé à 199 000 années-lumière dans le Petit Nuage de Magellan. Cet amas est un excellent modèle des conditions qui prévalaient dans l’Univers primitif, avec une abondance d’hydrogène et d’hélium, mais peu d’éléments métalliques. Ces étoiles, formées dans un environnement pauvre en éléments lourds, ont révélé que leurs disques planétaires persistaient bien plus longtemps que prévu.

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Les chercheurs ont découvert que ces disques, bien qu’ils contiennent peu d’éléments lourds, étaient capables de durer plusieurs dizaines de millions d’années. Cela signifie que les planètes avaient largement le temps de se former et de croître autour de ces étoiles, contrairement à ce que les théories précédentes suggéraient. 

Comment les disques planétaires peuvent-ils durer plus longtemps ?

Les scientifiques ont proposé deux explications possibles pour cette durabilité surprenante des disques planétaires. La première réside dans l’absence de rayonnement intense. Les étoiles composées uniquement d’hydrogène et d’hélium émettent beaucoup moins de rayonnement que les étoiles riches en éléments lourds. Ce manque de rayonnement signifie qu’il y a moins de force poussant les disques à se dissiper rapidement, permettant à ces derniers de rester plus longtemps autour des étoiles.

La deuxième explication concerne la taille des nuages de gaz et de poussière dont ces étoiles sont issues. Les étoiles formées dans des nuages particulièrement vastes pourraient hériter de disques particulièrement grands. Même si ces étoiles émettent autant de radiations que des étoiles plus lourdes, la taille de leur nuage initial pourrait permettre à leurs disques de subsister bien plus longtemps.

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Elena Sabbi, co-auteure de l’étude, a souligné que ces découvertes modifient notre compréhension de la formation des planètes et de l’architecture des systèmes planétaires dans des environnements de faible métallicité. Par ailleurs, James-Webb observe de mystérieuses structures au-dessus de la Grande Tache rouge de Jupiter.