Webb détecte de la vapeur d’eau dans une zone de formation de planètes rocheuses
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L’eau est essentielle à la vie telle que nous la connaissons. Cependant, les scientifiques se demandent comment il a atteint la Terre et si les mêmes processus pourraient semer des exoplanètes rocheuses en orbite autour d’étoiles lointaines. De nouvelles informations pourraient provenir du système planétaire PDS 70, situé à 370 années-lumière. L’étoile héberge à la fois un disque interne et un disque externe de gaz et de poussière, séparés par un espace de 8 milliards de kilomètres de large, et à l’intérieur de cet espace se trouvent deux planètes géantes gazeuses connues.
De nouvelles mesures du MIRI (Mid-Infrared Instrument) du télescope spatial James Webb de la NASA ont détecté de la vapeur d’eau dans le disque interne du système, à des distances inférieures à 100 millions de miles (160 millions de kilomètres) de l’étoile – la région où les planètes terrestres rocheuses peuvent se former. (La Terre orbite à 93 millions de kilomètres de notre Soleil.) Il s’agit de la première détection d’eau dans la région terrestre d’un disque déjà connu pour héberger deux ou plusieurs protoplanètes.
“Nous avons vu de l’eau dans d’autres disques, mais pas si près dans et dans un système où les planètes s’assemblent actuellement. Nous ne pouvions pas faire ce type de mesure avant Webb”, a déclaré l’auteur principal Giulia Perotti de l’Institut Max Planck d’astronomie (MPIA) à Heidelberg, en Allemagne.
“Cette découverte est extrêmement excitante, car elle sonde la région où se forment généralement des planètes rocheuses similaires à la Terre”, a ajouté le directeur du MPIA, Thomas Henning, co-auteur de l’article. Henning est co-chercheur principal du MIRI (Mid-Infrared Instrument) de Webb, qui a effectué la détection, et le chercheur principal du programme MINDS (MIRI Mid-Infrared Disk Survey) qui a pris les données.
Un environnement torride pour former des planètes
PDS 70 est une étoile de type K, plus froide que notre Soleil, et dont l’âge est estimé à 5,4 millions d’années. Celle-ci est relativement ancienne en termes d’étoiles à disques planétaires, ce qui a rendu surprenante la découverte de la vapeur d’eau.
Au fil du temps, la teneur en gaz et en poussière des disques de formation de planètes diminue. Soit le rayonnement et les vents de l’étoile centrale expulsent ce matériau, soit la poussière se transforme en objets plus gros qui finissent par former des planètes. Comme les études précédentes n’avaient pas réussi à détecter l’eau dans les régions centrales de disques d’âge similaire, les astronomes soupçonnaient qu’elle pourrait ne pas survivre au rayonnement stellaire sévère, conduisant à un environnement sec pour la formation de planètes rocheuses.
Les astronomes n’ont pas encore détecté de planètes se formant dans le disque interne de PDS 70. Cependant, ils voient les matières premières pour la construction de mondes rocheux sous la forme de silicates. La détection de vapeur d’eau implique que si des planètes rocheuses s’y forment, elles auront de l’eau à leur disposition dès le départ.
“Nous trouvons une quantité relativement élevée de petits grains de poussière. Combiné à notre détection de la vapeur d’eau, le disque interne est un endroit très excitant”, a déclaré le co-auteur Rens Waters de l’Université Radboud aux Pays-Bas.
Quelle est l’origine de l’eau ?
La découverte soulève la question de l’origine de l’eau. L’équipe MINDS a envisagé deux scénarios différents pour expliquer sa découverte.
Une possibilité est que des molécules d’eau se forment sur place, là où nous les détectons, lorsque les atomes d’hydrogène et d’oxygène se combinent. Une deuxième possibilité est que les particules de poussière recouvertes de glace sont transportées du disque extérieur froid vers le disque intérieur chaud, où la glace d’eau se sublime et se transforme en vapeur. Un tel système de transport serait surprenant, puisque la poussière devrait franchir le grand espace creusé par les deux planètes géantes.
Une autre question soulevée par la découverte est de savoir comment l’eau pourrait survivre si près de l’étoile, alors que la lumière ultraviolette de l’étoile devrait briser toutes les molécules d’eau. Très probablement, les matériaux environnants tels que la poussière et d’autres molécules d’eau servent de bouclier protecteur. En conséquence, l’eau détectée dans le disque interne du PDS 70 pourrait survivre à la destruction.
En fin de compte, l’équipe utilisera deux autres instruments de Webb, NIRCam (Near-Infrared Camera) et NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) pour étudier le système PDS 70 dans le but de glaner une compréhension encore plus grande.
Ces observations ont été prises dans le cadre du programme Guaranteed Time Observation 1282. Cette découverte a été publiée dans la revue Nature.
