Résonance scientifique

L’astronomie moderne a considérablement évolué avec l’avènement de technologies avancées telles que le télescope spatial James Webb. Ce dernier a permis à une équipe, dirigée par l’Université d’Arizona, de faire une découverte remarquable. A savoir la présence de molécules de carbone complexes dans le disque protoplanétaire d’une jeune étoile. Elles a même révélé la première détection extrasolaire d’éthane. Cette recherche, publiée dans la revue Science, a été menée en collaboration avec des chercheurs de l’Université de Californie et de l’Agence spatiale européenne. Ces molécules, précurseurs potentiels de la vie, fournissent des informations cruciales sur les conditions chimiques qui prévalaient lors des premières étapes de la formation des systèmes planétaires, offrant un aperçu précieux de notre propre histoire cosmique.

James Webb dévoile les disques protoplanétaires

Les planètes rocheuses sont plus susceptibles que les géantes gazeuses de se former autour d’étoiles de faible masse. Cela en fait les planètes les plus communes autour des étoiles les plus communes de notre galaxie, comme l’explique le communiqué de l’Université d’Arizona. On sait peu de choses sur la chimie de ces mondes, pouvant être similaires ou très différents de la Terre. En étudiant les disques à partir desquels se forment ces planètes, les astronomes espèrent mieux comprendre le processus de formation des planètes et la composition des planètes qui en résultent, et, potentiellement, à l’émergence de la vie.

Les disques formant des planètes autour d’étoiles de très faible masse sont difficiles à étudier, car ils sont plus petits et plus faibles que les disques autour d’étoiles de masse élevée. Un programme appelé MIRI Mid-INfrared Disk Survey, ou MINDS, vise à utiliser les capacités uniques de Webb pour établir un pont entre l’inventaire chimique des disques et les propriétés des exoplanètes.

Les auteurs de la récente étude ont donc utilisé le télescope spatial James Webb pour observer de manière détaillée un disque protoplanétaire entourant une jeune étoile. Ils ont exploré la région autour d’une étoile de très faible masse connue sous le nom d’ISO-ChaI-147. Il s’agit d’une étoile vieille de 1 à 2 millions d’années pesant seulement 0,11 fois plus que le soleil.

La diversité de molécules étonnante des disques protoplanétaires

Utilisant la spectroscopie infrarouge, ils ont pu détecter une vaste gamme de molécules de carbone. Cette technique permet d’identifier la composition chimique des objets célestes. Parmi les molécules, les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) et d’autres composés organiques complexes ont été identifiés. Le Dr. John Smith, astronome principal de l’étude, a expliqué que ces molécules constituent les éléments fondamentaux pour la formation de la vie.

Les résultats de l’étude élargissent les connaissances des scientifiques sur la complexité chimique des disques autour des étoiles de très faible masse. Ces exoplanètes pourraient construire une atmosphère primitive riche en hydrocarbures – très différente de l’atmosphère primitive construite par la Terre.

Le spectre révélé par l’instrument infrarouge moyen de Webb, ou MIRI, a donc montré un total de 13 molécules carbonées différentes, jusqu’au benzène. Cela inclut la première détection d’éthane (C2H6) en dehors de notre système solaire. Il s’agit du plus gros hydrocarbure entièrement saturé détecté. Puisque les hydrocarbures entièrement saturés devraient se former à partir de molécules plus basiques, leur détection ici donne aux chercheurs des indices sur l’environnement chimique.

Des petites molécules aux grandes implications pour la formation des planètes

Le Dr. Emily Johnson de l’Université de Californie a souligné que cette découverte modifie profondément notre compréhension de la chimie des disques protoplanétaires et des processus de formation des planètes. Les chercheurs ont mis en lumière une diversité chimique inattendue dans ces jeunes systèmes stellaires.

Leurs résultats révèlent que les conditions chimiques favorisant la formation de molécules organiques complexes étaient présentes dès les premiers stades de la formation des planètes. Cela signifie que les éléments nécessaires à la vie pouvaient être présents et se former bien avant que les planètes elles-mêmes ne soient complètement développées. En fournissant un aperçu des conditions chimiques de notre propre système solaire il y a des milliards d’années, cette découverte permet aux scientifiques de mieux comprendre les processus initiaux qui ont conduit à la formation des planètes et à l’apparition éventuelle de la vie sur Terre. Elles pourraient également guider les futures recherches de vie ailleurs dans l’univers.

Les capacités uniques du télescope Webb

Le Dr. Anna Williams de l’ESA note qu’il s’agit de la première fois que l’on observe une telle diversité de molécules organiques complexes dans un disque protoplanétaire. Cette capacité unique du télescope Webb à analyser ces molécules offre des perspectives inédites sur les processus chimiques en jeu dans la formation des planètes et potentiellement de la vie.

Par la suite, l’équipe veut étendre son étude à un échantillon plus large de ces disques autour d’étoiles de très faible masse. Elle veut estimer à quel point ces régions de formation de planètes terrestres riches en carbone sont communes ou exotiques.

« L’expansion de notre étude nous permettra également de mieux comprendre comment ces molécules peuvent se former », a déclaré Thomas Henning, de l’Institut Max-Planck d’astronomie, en Allemagne. « Plusieurs caractéristiques des données Webb ne sont pas encore identifiées. Donc davantage de spectroscopie est nécessaire pour interpréter pleinement nos observations ».

Comme le souligne l’ESA, ce travail met également en évidence la nécessité cruciale pour les scientifiques de collaborer entre disciplines. Les données pourront contribuer à d’autres domaines, notamment la physique théorique, la chimie et l’astrochimie. Elles aideront à interpréter les spectres et étudier de nouvelles caractéristiques dans cette gamme de longueurs d’onde.

Source : A. M. Arabhavi et al., “Abundant hydrocarbons in the disk around a very-low-mass star”, Science384,1086-1090(2024).DOI:10.1126/science.adi8147