Dans une nouvelle étude, une équipe de chercheurs a exploré le voisinage d'une étoile de très faible masse de 0,11 masse solaire (connue sous le nom d'ISO-ChaI 147), dont les résultats paraissent dans la revue Science.
Les planètes se forment dans des disques de gaz et de poussière, en orbite autour de jeunes étoiles. L'enquête MIRI Mid-INfrared Disk (MINDS), dirigée par Thomas Henning de l'Institut Max Planck d'astronomie (MPIA) à Heidelberg, en Allemagne, vise à établir un échantillon de disque représentatif. En explorant leurs propriétés chimiques et physiques avec MIRI (Mid-Infrared Instrument) à bord du télescope spatial James Webb (JWST), la collaboration relie ces disques aux propriétés des planètes susceptibles de s'y former.
Dans une nouvelle étude, une équipe de chercheurs a exploré le voisinage d'une étoile de très faible masse de 0,11 masse solaire (connue sous le nom d'ISO-ChaI 147), dont les résultats paraissent dans la revue Science.
JWST ouvre une nouvelle fenêtre sur la chimie des disques formant des planètes
"Ces observations ne sont pas possibles depuis la Terre car les émissions de gaz concernées sont absorbées par son atmosphère", a expliqué l'auteur principal Aditya Arabhavi de l'Université de Groningen aux Pays-Bas.
"Auparavant, nous ne pouvions identifier que les émissions d'acétylène (C 2 H 2 ) de cet objet. Cependant, la sensibilité plus élevée du JWST et la résolution spectrale de ses instruments nous ont permis de détecter de faibles émissions provenant de molécules moins abondantes."
La collaboration MINDS a découvert du gaz à des températures d'environ 300 Kelvin (environ 30 degrés Celsius), fortement enrichi en molécules carbonées mais dépourvu d'espèces riches en oxygène. "Cela est profondément différent de la composition que nous observons dans les disques autour des étoiles de type solaire, où dominent les molécules contenant de l'oxygène telles que l'eau et le dioxyde de carbone ", a ajouté Inga Kamp, membre de l'équipe de l'Université de Groningue.
Un exemple frappant de disque riche en oxygène est celui de PDS 70, où le programme MINDS a récemment découvert de grandes quantités de vapeur d'eau. En considérant des observations antérieures, les astronomes en déduisent que les disques autour d’étoiles de très faible masse évoluent différemment que ceux autour d’étoiles plus massives comme le Soleil, ce qui pourrait avoir des implications pour la découverte de planètes rocheuses présentant des caractéristiques semblables à celles de la Terre.
Étant donné que les environnements de ces disques déterminent les conditions dans lesquelles de nouvelles planètes se forment, chacune de ces planètes peut être rocheuse mais très différente de la Terre sous d’autres aspects.
Qu’est-ce que cela signifie pour les planètes rocheuses en orbite autour d’étoiles de très faible masse ?
La quantité de matière et sa répartition sur ces disques limitent le nombre et la taille des planètes que le disque peut fournir avec la matière nécessaire. Par conséquent, les observations indiquent que les planètes rocheuses de taille similaire à la Terre se forment plus efficacement que les géantes gazeuses de type Jupiter dans les disques entourant les étoiles de très faible masse, les étoiles les plus courantes dans l'univers. En conséquence, les étoiles de très faible masse abritent de loin la majorité des planètes telluriques.
"De nombreuses atmosphères primaires de ces planètes seront probablement dominées par des composés d'hydrocarbures et moins par des gaz riches en oxygène comme l'eau et le dioxyde de carbone", a souligné Henning.
"Nous avons montré dans une étude antérieure que le transport de gaz riche en carbone vers la zone où se forment habituellement les planètes telluriques se produit plus rapidement et est plus efficace dans ces disques que dans ceux des étoiles plus massives."
Bien qu’il semble clair que les disques autour des étoiles de très faible masse contiennent plus de carbone que d’oxygène, le mécanisme de ce déséquilibre reste encore inconnu. La composition du disque est le résultat soit d’un enrichissement en carbone, soit d’une réduction de l’oxygène. Si le carbone est enrichi, la cause est probablement due à des particules solides présentes dans le disque, dont le carbone est vaporisé et libéré dans le composant gazeux du disque.
Les grains de poussière, dépouillés de leur carbone d’origine, finissent par former des corps planétaires rocheux. Ces planètes seraient pauvres en carbone, tout comme la Terre. Pourtant, la chimie à base de carbone dominerait probablement au moins leurs atmosphères primaires fournies par le gaz du disque. Par conséquent, les étoiles de très faible masse pourraient ne pas offrir les meilleurs environnements pour trouver des planètes semblables à la Terre.
JWST découvre une richesse de molécules organiques
Pour identifier les gaz du disque, l'équipe a utilisé le spectrographe de MIRI pour décomposer le rayonnement infrarouge reçu du disque en signatures de petites plages de longueurs d'onde, semblables à la lumière du soleil divisée en arc-en-ciel. L’équipe a ainsi isolé une multitude de signatures individuelles attribuées à diverses molécules.
En conséquence, le disque observé contient la chimie des hydrocarbures la plus riche jamais vue dans un disque protoplanétaire, composé de 13 molécules carbonées jusqu'au benzène (C 6 H 6 ). Ils comprennent la première détection extrasolaire d'éthane (C 2 H 6 ), le plus gros hydrocarbure entièrement saturé détecté en dehors du système solaire.
L'équipe a également réussi à détecter l'éthylène (C 2 H 4 ), le propyne (C 3 H 4 ) et le radical méthyle CH 3 pour la première fois dans un disque protoplanétaire. En revanche, les données ne contenaient aucune trace d’eau ou de monoxyde de carbone dans le disque.
Affiner la vue des disques autour des étoiles de très faible masse
Ensuite, l’équipe scientifique a l’intention d’étendre son étude à un échantillon plus large de ces disques autour d’étoiles de très faible masse afin de mieux comprendre à quel point ces régions exotiques de formation de planètes terrestres riches en carbone sont courantes.
"L'élargissement de notre étude nous permettra également de mieux comprendre comment ces molécules peuvent se former", a expliqué Henning. "Plusieurs caractéristiques des données restent également non identifiées, ce qui justifie une spectroscopie supplémentaire pour interpréter pleinement nos observations."
Plus d'informations : AM Arabhavi et al, Hydrocarbures abondants dans le disque autour d'une étoile de très faible masse, Science (2024). DOI : 10.1126/science.adi8147 . www.science.org/doi/10.1126/science.adi8147
Fourni par la Société Max Planck
