D’où viennent les planètes ? L’ensemble du processus peut devenir compliqué. Les embryons planétaires se heurtent parfois à des obstacles à leur croissance qui les transforment en astéroïdes ou en noyaux planétaires nus. Mais au moins une question sur la formation des planètes a enfin trouvé une réponse : comment elles obtiennent leur eau.
Pendant des décennies, les théories de la formation planétaire n’ont cessé de suggérer que les planètes recevaient de l’eau à partir de fragments de roches recouverts de glace qui se forment dans les confins extérieurs glacials des disques protoplanétaires, où la lumière et la chaleur de l’étoile du système émergent n’ont pas l’intensité nécessaire pour faire fondre la glace. À mesure que la friction du gaz et de la poussière du disque déplace ces cailloux vers l’étoile, ils amènent de l’eau et d’autres glaces sur les planètes après avoir traversé la ligne des neiges, où les choses se réchauffent suffisamment pour que la glace se sublime et libère d’énormes quantités de vapeur d’eau. Jusqu’à présent, tout cela était une hypothèse.
Le télescope James Webb de la NASA a maintenant observé des preuves révolutionnaires de ces idées en imageant quatre jeunes disques protoplanétaires. Le télescope a utilisé son spectromètre à moyenne résolution (MRS) de l’instrument infrarouge moyen de Webb (MIRI) pour recueillir ces données, car elles sont particulièrement sensibles. à la vapeur d’eau. Webb a découvert que dans deux de ces disques, des quantités massives de vapeur d’eau froide apparaissaient au-delà de la ligne de neige, confirmant que la glace sublimée à partir de cailloux gelés peut effectivement fournir de l’eau à des planètes comme la nôtre.
Sur le bord
Webb avait l’œil proverbial sur quatre disques protoplanétaires âgés d’environ 2 ou 3 millions d’années et se formant autour d’étoiles semblables au Soleil. Parmi ces disques, deux étaient compacts, tandis que les deux autres étaient plus grands et présentaient de multiples espaces interrompant le disque. L’équipe de recherche à l’origine de cette enquête voulait voir si l’eau était amenée vers le disque interne par la sublimation de la glace sur des galets qui dérivaient vers l’intérieur depuis les bords du disque. Ils essayaient également de déterminer si cela se produisait plus efficacement sur des disques compacts ou plus grands.
Des études antérieures réalisées avec le télescope spatial Spitzer de la NASA et ALMA avaient trouvé des données suggérant que la dérive des galets de l’extérieur vers l’intérieur d’un disque, ainsi que la vaporisation ultérieure de la glace, étaient possibles. Malheureusement, les données n’étaient pas claires en raison de leur faible résolution ; les lignes spectrales qui identifiaient la présence d’eau étaient floues. La résolution plus élevée de Webb a permis de séparer ces lignes afin qu’elles soient beaucoup plus distinctes et montrent les spectres de l’eau chaude et froide.
Les chercheurs de Webb recherchaient de l’eau fraîche, ce qui indiquerait une glace sublimée confirmant les idées précédentes sur la dérive de galets gelés. L’eau chaude dans un disque ne pouvait servir que de preuve, car cela signifierait probablement que la dérive et la sublimation s’étaient déjà produites et que la vapeur d’eau qui en résultait avait maintenant été chauffée par l’étoile du système planétaire naissant.
Du caillou à la planète
Dans les deux disques les plus grands, il a été constaté que les cailloux gelés dans les systèmes plus grands ont du mal à passer à travers les interstices. Ils sont souvent rattrapés par d’autres matériaux flottant dans une brèche et y restent coincés au lieu de continuer à dériver vers l’intérieur. Ils ont également tendance à rencontrer des pièges à pression, ou des régions de pression accrue qui les amènent à s’accumuler, ce qui ne les empêche pas complètement de dériver mais agit comme un ralentisseur cosmique. Même si de la vapeur d’eau fraîche a été détectée dans ces disques, il n’y avait pas la grande quantité de vapeur au niveau de la limite de neige que l’équipe recherchait.
Les observations des disques compacts ont constitué une avancée majeure. Les données renvoyées par Webb ont montré que, bien qu’il y ait des spectres suggérant la présence d’émissions de vapeur d’eau plus chaude loin à l’intérieur du disque, il y avait également un excès d’émissions de vapeur d’eau froide juste à l’extérieur de la ligne de neige. C’est à partir de là que la vapeur d’eau se déplacera vers les parties internes du disque.
« La dérive et le piégeage des galets fournissent un processus fondamental et naturel pour un lien à grande échelle entre les régions internes et externes du disque, ce qui pourrait expliquer l’excès d’eau froide révélé par MIRI dans les disques compacts analysés dans ce travail », ont déclaré les chercheurs dans une étude récente. publié dans The Astrophysical Journal Letters.
Alors que se passe-t-il à partir de là ? Finalement, les cailloux dérivants dépourvus de glace entreront en collision les uns avec les autres jusqu’à ce qu’ils commencent à s’accumuler pour former ce qui pourrait éventuellement devenir une planète. Cette planète hypothétique pourrait plus tard être approvisionnée en vapeur d’eau et, dans des milliards d’années, elle pourrait même devenir une autre Terre. Peut-être que des analogues de notre planète existent réellement. Ils ne se sont peut-être pas encore formés.
Lettres du journal astrophysique, 2023. DOI : 10.3847/2041-8213/acf5ec