Découverte par le JWST des prémices de la vie dans des environnements stellaires extrêmes

À l’aide du télescope spatial James Webb, les astronomes ont découvert de l’eau et des molécules organiques dans un disque en formation autour d’une jeune étoile dans un environnement extrême, révélant que des planètes similaires à la Terre pourraient se former même dans des conditions difficiles. (Concept de l’artiste.) Des planètes comme notre Terre, y compris celles contenant de l’eau, pourraient se former même dans les environnements de formation d’étoiles les plus hostiles connus, inondés par une lumière UV intense provenant d’étoiles massives. C’est le principal résultat des analyses des nouvelles observations d’un tel environnement avec le télescope spatial James Webb (JWST). Les observations sont les premières du genre – avant le JWST, ce type d’observation détaillée n’avait pas été possible. C’est une bonne nouvelle pour les planètes semblables à la Terre et pour la vie dans l’univers: il existe une grande variété d’environnements dans lesquels de telles planètes peuvent se former. Les résultats ont maintenant été publiés dans The Astrophysical Journal Letters.De l’eau et des molécules porteuses de carbone ont été découvertes dans un disque de gaz et de poussière entourant une jeune étoile de type solaire, située dans l’un des environnements les plus extrêmes de notre Galaxie. Ces disques sont où se forment les planètes autour des étoiles naissantes. Une équipe d’astronomes dirigée par María C. Ramírez-Tannus du Max Planck Institute for Astronomy (MPIA) a utilisé le télescope spatial James Webb pour observer la région intérieure du disque, où des planètes similaires à notre Terre sont censées se former : les planètes telluriques, avec une fine atmosphère recouvrant une planète faite de roche.Le disque, que les astronomes appellent XUE-1, est exposé à un rayonnement ultraviolet intense provenant d’étoiles massives chaudes à proximité. Pourtant, même dans cet environnement hostile, les observations ont détecté à la fois de l’eau et des molécules organiques simples. Ramírez-Tannus déclare : « Ce résultat est inattendu et passionnant ! Il montre qu’il existe des conditions favorables à la formation de planètes similaires à la Terre et les ingrédients pour la vie même dans les environnements les plus hostiles de notre Galaxie. »Vue d’artiste de la région de formation d’étoiles massives, avec le disque en formation de planètes XUE-1 en premier plan. La région est inondée de lumière UV provenant d’étoiles massives, l’une d’entre elles étant visible dans le coin supérieur gauche. La structure près du disque représente les molécules et la poussière trouvées par les chercheurs dans leurs nouvelles observations. Crédit : © Maria Cristina Fortuna (www.mariacristinafortuna.com)Détails Sans Précédent dans les Régions de Formation d’Étoiles MassivesLes nouvelles observations sont les premières du genre. Les observations détaillées précédentes des disques en formation de planètes étaient limitées aux régions de formation d’étoiles proches qui ne contenaient pas d’étoiles massives. Les régions de formation d’étoiles massives sont complètement différentes : là, de nombreuses étoiles se forment à peu près en même temps, comprenant certaines des rares mais extrêmement puissantes étoiles très massives. Pendant l’« âge d’or » de la formation d’étoiles dans l’univers, il y a environ 10 milliards d’années, la plupart de la formation d’étoiles s’est produite dans de tels amas massifs. Dans l’ensemble, plus de la moitié de toutes les étoiles de notre univers – y compris notre propre Soleil – sont nées dans des régions de formation d’étoiles massives, avec leurs planètes. Pourtant, rien n’était connu de l’effet de ces environnements hostiles sur les régions intérieures des disques, où l’on s’attend à ce que des planètes telluriques se forment.Les étoiles massives sont forcément très lumineuses, émettant de grandes quantités de rayonnement UV haute énergie. Leur présence cause une perturbation considérable dans leur voisinage. Il était donc une question ouverte de savoir si cette perturbation interférerait régulièrement avec la formation de planètes semblables à la Terre autour d’étoiles similaires au Soleil – ce qui reléguerait les planètes semblables à la Terre à l’arrière-plan dans de tels amas massifs, non impossibles à former, mais très rares. Il y avait des arguments plausibles en faveur de cette hypothèse. Par exemple, le rayonnement UV des étoiles massives disperse le gaz dans les parties externes du disque, ce qui freine la croissance et la dérive vers l’intérieur des particules de poussière qui sont les éléments constitutifs des planètes semblables à la Terre (et aussi des noyaux des planètes géantes comme Jupiter ou Saturne). Cela pourrait bien jouer en défaveur de la formation de planètes similaires à la Terre.Jusqu’à présent, les observations n’ont pas permis de répondre à cette question. Dans l’univers actuel, les régions de formation d’étoiles massives sont rares, et même les plus proches sont éloignées. Jusqu’à récemment, il n’y avait aucun moyen d’observer en détail des petits disques autour des étoiles semblables au Soleil. Les quelques disques en formation de planètes qui étaient assez proches pour être observés en détail sont tous situés dans des environnements tranquilles, sans le rayonnement UV intense des étoiles massives, et donc sans utilité pour répondre à cette question.Le logo de la collaboration XUE (abrégé de « environnements UV extrêmes ») montre Xué, le dieu du Soleil dans la culture Muisca. Les Muisca sont les peuples indigènes vivant au centre du pays natal de Ramírez-Tannus, la Colombie. Le logo est basé sur l’art rupestre trouvé près de Bogotá. Crédit : © collaboration XUESonder les Disques Internes Avec le JWSTCela a changé avec l’avènement du JWST. Lorsque le télescope est devenu disponible pour les observations scientifiques, Ramírez-Tannus et la collaboration XUE (eXtreme UV environments) ont réussi à observer NGC 6357. À une distance de 5500 années-lumière de la Terre, il s’agit d’une des régions de formation d’étoiles massives les plus proches. C’est aussi la cible observationnelle la plus prometteuse pour répondre à la question sur le disque interne : NGC 6357 contient plus de dix étoiles de haute masse lumineuses, garantissant que certains des disques en formation de planètes visibles dans la région ont été exposés à un rayonnement UV intense pendant la majeure partie de leur existence. La diversité est un facteur important : la région contient une variété de disques, certains ayant été exposés à plus de radiation, d’autres à moins. »Si un rayonnement intense entrave les conditions de formation de planètes dans les régions intérieures des disques, c’est là que nous devrions voir l’effet, » déclare Arjan Bik de l’Université de Stockholm, le co-PI (co-principal investigateur) de la collaboration XUE et le deuxième auteur de l’article.Les observations effectuées par les astronomes enregistrent des spectres : des décompositions en arc-en-ciel de la lumière qui permettent d’estimer la présence de molécules spécifiques dans la région observée. À leur grande surprise, Ramírez-Tannus et ses collègues ont constaté que, en ce qui concerne la présence (et les propriétés) de molécules clés, au moins l’un des disques internes de NGC 6357, à savoir XUE-1, n’est pas fondamentalement différent de ses homologues dans les régions de formation d’étoiles de faible masse.Les silicates, l’eau et d’autres molécules dans un environnement difficile »Nous avons trouvé une abondance d’eau, de monoxyde de carbone, de dioxyde de carbone, de cyanure d’hydrogène et d’acétylène dans les régions les plus internes de XUE-1, » déclare Ramírez-Tannus. « Cela fournit des indices précieux sur la composition probable de l’atmosphère initiale des planètes telluriques résultantes. » Les chercheurs ont également trouvé de la poussière de silicate en quantités similaires à celles des régions de formation d’étoiles de faible masse. C’est la première fois que de telles molécules ont été détectées dans des conditions extrêmes comme celles-ci.Les observations sont une bonne nouvelle pour les planètes similaires à la Terre et pour la vie dans l’univers: Apparemment, les régions internes des disques protoplanétaires autour d’étoiles semblables au Soleil situées dans certains des environnements de formation d’étoiles les plus hostiles sont tout aussi capables de former des planètes rocheuses similaires à la Terre que leurs homologues de faible masse. Elles fournissent même une abondance d’eau, ingrédient nécessaire à la vie telle que nous la connaissons. Si cela se traduit par un nombre significativement élevé de planètes similaires à la Terre nées dans de tels environnements, cela n’est pas quelque chose que les chercheurs peuvent déterminer en regardant un seul disque. La collaboration XUE approfondit ses observations : avec une étude du JWST de 14 disques supplémentaires dans différentes parties de NGC 6357 qui devrait contribuer de manière significative à répondre à cette question importante.