James Webb découvre pour la première fois de l'eau gelée dans un jeune système stellaire

On l'avait déjà trouvé dans les anneaux de Saturne et dans les corps glacés de la ceinture de Kuiper de notre système solaire, mais jamais dans un endroit comme celui-ci. Une équipe internationale de chercheurs, dont l'astrophysicienne Noemí Pinilla de l'Université d'Oviedo et de l'Institut des Sciences et Technologies Spatiales des Asturies (ICTEA), a découvert, pour la première fois, de la glace d'eau cristalline dans un disque de débris poussiéreux autour d'une jeune étoile semblable au Soleil. Le futur système stellaire, situé à 155 années-lumière, a été observé avec le télescope spatial James Webb de la NASA. Cette découverte « renforce l'idée qu'il pourrait y avoir de la vie non seulement sur notre planète, ou dans notre voisinage, mais n'importe où dans l'univers qui présente des conditions similaires », a déclaré Pinilla à ce journal.

Les astronomes attendaient ces données « irréfutables » depuis des décennies. En 2008, des observations du télescope spatial Spitzer de la NASA avaient déjà suggéré la possibilité de présence d'eau gelée dans ce système, mais ce n'est que maintenant que le télescope spatial James Webb l'a détectée « sans ambiguïté », selon Chen Xie, scientifique de l'Université Johns Hopkins de Baltimore, Maryland (États-Unis) et auteur principal de l'article publié ce mercredi dans la revue « Nature ». Toute l'eau gelée détectée est associée à de fines particules de poussière réparties sur tout le disque, comme des « boules de neige sales ».

L'étoile, cataloguée HD 181327, est nettement plus jeune que notre Soleil. On estime son âge à 23 millions d'années, contre 4,6 milliards d'années pour notre étoile. Il est également légèrement plus massif et plus chaud, ce qui a conduit à la formation d’un système légèrement plus grand autour de lui.

Les observations de Webb confirment un écart important entre l'étoile et son disque de débris, une vaste zone exempte de poussière. Ce disque est similaire à notre propre ceinture de Kuiper, où des planètes naines, des comètes et d’autres morceaux de glace et de roche entrent parfois en collision. Il y a des milliards d’années, notre ceinture de Kuiper était probablement similaire au disque de débris de cette étoile. « C'est comme voir notre système solaire il y a des milliards d'années, à ses balbutiements cosmiques », explique Pinilla,

« HD 181327 est un système très actif », a déclaré Chen. Des collisions régulières et continues se produisent dans son disque de débris. Lorsque ces corps glacés entrent en collision, ils libèrent de minuscules particules de glace d'eau poussiéreuse, d'une taille idéale pour être détectées par Webb.

La glace d’eau n’est pas répartie uniformément dans ce système. La majorité, 20 %, se trouve là où il fait le plus froid et le plus loin de l’étoile. Cependant, plus les chercheurs regardaient de près, moins ils trouvaient de glace d’eau. Vers le centre du disque de débris, Webb a détecté environ 8 % de glace d’eau. Ici, les particules d’eau gelées sont susceptibles d’être produites légèrement plus rapidement qu’elles ne sont détruites. Dans la zone du disque de débris la plus proche de l'étoile, presque aucun n'a été détecté. La lumière ultraviolette de l'étoile vaporise probablement les taches proches, ou des roches appelées planétésimaux l'ont piégée à l'intérieur.

La glace d’eau est un ingrédient essentiel des disques entourant les jeunes étoiles. Il influence grandement la formation des planètes géantes et peut également être transporté par de petits corps tels que des comètes et des astéroïdes vers des planètes rocheuses entièrement formées. Et avec l’eau, l’espoir de vie dans d’autres coins de l’univers grandit.

« D'après ce que nous savons, s'il y a de l'eau liquide et des molécules de carbone, le développement de la vie est plus possible », explique Pinilla. « Dans notre système solaire, nous recherchons des signes de vie sur des satellites glacés, comme Europe (la lune de Jupiter), où se trouvent des océans d'eau liquide sous la couche de glace structurelle. Maintenant que nous avons confirmé la présence de glace d'eau, et probablement de glace moléculaire contenant du carbone, nous savons que des planétésimaux glacés similaires aux mondes océaniques de notre système solaire pourraient exister, et que les collisions à l'origine de cette poussière glacée pourraient envoyer les germes de la vie vers des planètes rocheuses plus chaudes », explique-t-il.

Comme il l'explique : « Si des planètes géantes se sont déjà formées dans un disque de débris, des planètes glacées ou leurs lunes peuvent encore se former. Cette découverte nous indique que la formation planétaire que nous supposons dans notre système solaire pourrait être un processus universel, commun aux exoplanètes. »

Maintenant que Webb a détecté de la glace d’eau, cela a ouvert la porte à tous les chercheurs pour étudier comment ces processus se déroulent de nouvelles façons dans de nombreux autres systèmes planétaires. Noemí Pinilla est arrivée à l'ICTEA en octobre avec une bourse ATRAE pour attirer des chercheurs espagnols à l'étranger. Il espère ajouter des étudiants à son groupe.

Bien qu’il ne fasse pas partie à l’origine de cette équipe de recherche, son expérience dans l’étude du système solaire, en particulier des objets glacés, s’est avérée pertinente et nécessaire pour interpréter leurs données. Lorsque le chercheur principal a examiné les spectres obtenus, il a identifié des caractéristiques qui indiquaient la présence d'un disque de planétésimaux glacés, très semblable à celui qui, dans les temps anciens, a donné naissance à la ceinture transneptunienne et à des objets représentatifs tels que Pluton. C'est alors qu'elle s'est tournée vers le chercheur asturien pour collaborer à l'interprétation spectrale, compte tenu de son expérience avec les petits corps du système solaire.

Selon l'astrophysicien, le télescope spatial James Webb est devenu une « machine à souhaits » pour la science, transformant de nombreuses hypothèses qui ont guidé l'exploration du cosmos pendant des décennies en données et détections réelles. « Webb comble les lacunes entre les échelles et les étapes clés de la formation planétaire, du milieu interstellaire et des nuages ​​moléculaires aux disques protoplanétaires, aux exoplanètes et, en fin de compte, à notre propre système solaire », a-t-il souligné.