Le télescope James Webb révèle la composition d'un disque protoplanétaire

C’est ici que naissent les planètes, au cœur des disques de poussière et de gaz qui se forment autour d’une jeune étoile après sa naissance. La matière s’y agglomère pour former des « protoplanètes » qui poursuivent leur croissance en amassant les matériaux qu’elles rencontrent dans le disque. Mais les connaissances sur ce processus restent limitées.

Parmi les mystères qui entourent encore les disques protoplanétaires, les scientifiques de 11 pays européens1 regroupés au sein du consortium MINDS (MIRI mid- Infrared Disk Survey) viennent de lever en partie le voile sur leur composition chimique. Les observations de la très jeune étoile J1605322 et de son disque, menées avec le télescope spatial James Webb, a mis en évidence des hydrocarbures étonnamment abondants. Certains sont même détectés pour la première fois dans un disque.

L’équipe de recherche s’est appuyé pour cela sur le spectromètre MIRI du télescope. En disséquant la lumière infrarouge émise par le gaz dans le disque de J160532, l’instrument a permis de révéler une quantité très importante d'acétylène (C₂H₂), une molécule d'hydrocarbure simple et très réactive. La découverte de molécules jusqu'alors inconnues dans les disques protoplanétaires a également créé la surprise : deux autres hydrocarbures, le benzène (C₆H₆) et le diacétylène (C₄H₂) ont en effet été identifiés.

Ainsi, le disque J160532 semble extrêmement riche en molécules carbonés sous forme de gaz, avec très peu d'eau et de dioxyde de carbone, alors que ces deux molécules contenant de l'oxygène sont régulièrement détectées dans d'autres disques. Les auteurs de cette étude avancent l’hypothèse selon laquelle que le carbone solide dans le disque J160532 serait passé à l’état de gaz en raison de l’activité intense de la jeune étoile. Cela impliquerait que les planètes rocheuses formées à partir des grains de poussière du disque devraient avoir une composition minérale pauvre en carbone, tout comme la Terre. Au contraire, les planètes gazeuses devraient être riches en carbone.

Le consortium avait choisi de s’intéresser à J160532 en raison de sa faible masse, de l’ordre de cinq à dix fois plus faible que celle du Soleil. En effet, les observations de ces dernières années ont montré que les exoplanètes rocheuses sont très abondantes autour de ces étoiles “légères”. Ces exoplanètes se forment en outre souvent dans la zone habitable de leur étoile comme en témoigne le célèbre système d'exoplanètes Trappist-1.

Ces résultats sont un premier aperçu du potentiel du télescope spatial James Webb pour connaître les conditions physiques et chimiques qui règnent lors dans la formation des planètes. Les scientifiques souhaitent désormais étudier toute la diversité des disques protoplanétaires pour comprendre comment les mêmes processus physiques qui opèrent dans tous les disques conduisent aux différents types de planètes observées dans l’Univers, y compris celles de notre Système solaire.

• 1En France, ces recherches ont impliqué des scientifiques de l’Institut d’astrophysique spatiale (CNRS/Université Paris-Saclay), du laboratoire Astrophysique, instrumentation, modélisation (CNRS/CEA/Université Paris Cité), du Laboratoire d’études du rayonnement et de la matière en astrophysique et atmosphères (Observatoire de Paris – PSL/CNRS/Sorbonne Université/Université de Cergy-Pontoise) et du Laboratoire de météorologie dynamique (CNRS/ENS-PSL/École polytechnique/Sorbonne Université), ainsi qu’un soutien financier du CNES.
• 2J160532 s’est formée il y a environ trois millions d’années, contre plus de quatre milliards pour le Soleil à titre de comparaison.