De l'eau gelée découverte pour la première fois dans un jeune système stellaire

La Terre doit son eau à l’un des pires cataclysmes connus. Il y a environ 4 milliards d'années, Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune ont changé d'orbites et ont poussé une terrible pluie d'astéroïdes, de comètes et d'autres corps vers l'intérieur du système solaire, où ils ont impacté la Lune , la Terre et le reste des planètes rocheuses. Ces bombes astronomiques, dont les cicatrices sont encore visibles sur notre satellite, étaient chargées de glace. De nombreux astronomes pensent qu’une grande partie de l’eau présente sur notre planète a une origine extraterrestre et qu’elle est arrivée au moment crucial où la vie a émergé pour la première fois.

Une équipe d’astronomes a découvert pour la première fois de la glace d’eau cristalline dans un jeune système stellaire au-delà de notre Soleil. La glace d'eau se trouve dans ce qu'on appelle le disque de débris – un énorme anneau de poussière et de roches – qui orbite autour de HD 181327, une étoile située à 155 années-lumière et qui est semblable à notre soleil. Cette découverte est une preuve importante que ce qui s’est produit dans notre système solaire peut se produire partout ailleurs dans l’ univers.

« Dans cette étoile, nous voyons notre propre passé », résume l’astronome asturienne Noemí Pinilla-Alonso , co-auteur de l’étude. Ces travaux ont été rendus possibles grâce au télescope spatial James Webb . La NASA, qui a permis de capter la lumière émise par le disque de débris et d'identifier les molécules présentes. L'ouvrage est publié ce mercredi dans Nature , une référence pour la meilleure science au monde.

Jusqu'à présent, la présence de glace d'eau n'avait été confirmée que sur certaines lunes des planètes géantes, ainsi que sur des planètes naines et d'autres corps qui forment la ceinture de Kuiper , située au-delà de l'orbite de Neptune. En 2012, le télescope spatial Hubble soupçonnait déjà la présence de glace dans HD 181327, mais n'avait pas pu la confirmer. Les capacités extraordinaires des instruments infrarouges du vaisseau spatial James Webb , lancé en 2021, ont confirmé sans aucun doute la présence du composé essentiel.

Les astronomes pensent que l'anneau de débris qu'ils observent autour de cette étoile pourrait être très similaire à celui qui existait autour du Soleil avant que les planètes géantes ne se déplacent sur son orbite. L'étoile n'a que 23 millions d'années, un souffle comparé aux 4,6 milliards d'années de notre Soleil, et son disque est environ trois fois plus grand que la ceinture de Kuiper, s'étendant sur quelque 18 milliards de kilomètres.

« La glace sur Terre est cristalline ; elle se forme dans les bonnes conditions pour prendre une forme hexagonale », explique Pinilla-Alonso. « La glace amorphe, en revanche, se forme rapidement et n'a donc pas le temps de s'organiser. C'est le type de glace le plus répandu dans l'univers. Curieusement, dans la ceinture de Kuiper, l' astronome de Webb nous a montré que tous les objets contenant de l'eau contiennent de l'eau cristalline, du même type que celui détecté dans HD 181327, un phénomène que nous ignorions auparavant et que nous tentons d'expliquer », explique-t-il.

Webb a permis d'observer ce qu'on appelle la ligne des neiges : la limite au-delà de laquelle tous les éléments sont sous forme de glace. Dans les parties les plus proches de l'étoile, la présence de glace d'eau est presque inexistante en raison de la chaleur, tandis que dans les parties les plus éloignées, elle représente jusqu'à 20 % de la composition totale.

Les astronomes pensent que les corps en orbite autour de l'anneau entrent en collision les uns avec les autres, générant des corps plus grands qui pourraient un jour devenir des planètes. Ces impacts dispersent également des particules de glace de la taille d’un millimètre dans tout le système. La présence de monoxyde de carbone et peut-être de dioxyde de carbone, ainsi que de minéraux essentiels, a également été confirmée dans cette étoile, explique Pinilla-Alonso ; ce qui rend ce système encore plus semblable au nôtre.

« Nous observons probablement des choses très similaires à ce qui s’est passé à l’origine de notre propre système solaire », explique Pinilla-Alonso. « Les systèmes solaires commencent par le disque protoplanétaire de poussière et de gaz, puis par des disques de débris comme celui-ci, et enfin par la formation des planètes. Webb a détecté la présence de glace à toutes ces étapes. L'observation de ce disque, et probablement d'autres à venir, nous permet de comprendre pour la première fois les liens entre ces différentes phases », ajoute l'astronome, qui a récemment rejoint l'Université d'Oviedo dans le cadre du programme Atrae et qui a co-écrit l'étude avec des collègues des Universités de Floride et d'Arizona, ainsi que du Space Telescope Institute, le centre de mission James Webb .

Guillem Anglada , chercheur à l'Institut d'Astrophysique d'Andalousie (IAA-CSIC), qui n'a pas participé à l'étude, souligne sa valeur. « C’est une découverte très importante, même si elle n’est pas totalement inattendue », soutient-il. L'astronome se concentre sur l'étude des disques protoplanétaires et son équipe a confirmé la présence de glace dans ces anneaux à l'aide de télescopes spatiaux et terrestres. Lorsque l'étoile atteint son premier million d'années, son rayonnement évapore presque tout le gaz, ne laissant que de la poussière à partir de laquelle se forme le disque de débris. « Ce travail montre assez clairement qu'il existe un réservoir de glace dans les couches les plus externes qui s'étend ensuite grâce à la collision » de corps de poussière et de roche, qui s'impactent « continuellement », explique Anglada.

La limite des neiges marque ici une limite cruciale. Les corps chargés de glace poussés par des planètes géantes peuvent traverser la frontière et éventuellement entrer en collision avec des planètes rocheuses, formant des océans d'eau liquide. « C'est ce qui s'est produit dans notre système solaire, mais ce n'est qu'une théorie. Nous sommes encore loin de savoir comment cela se produit, et chaque cas peut être différent », prévient Anglada.

Un événement catastrophique comme celui provoqué par les géantes gazeuses ne s’est pas encore produit sur l’étoile observée, mais il est probable que cela puisse se produire. Des études préliminaires suggèrent la présence de planètes dans cette ceinture. Et s'il n'y en avait pas, les auteurs de cette nouvelle étude estiment qu'ils pourraient se former dans environ 100 millions d'années. Pendant ce temps, plus près de chez nous, les données continuent de s’accumuler sur la présence possible d’une neuvième planète dans le système solaire qui pourrait perturber le mouvement des corps glacés dans les zones les plus reculées de la ceinture de Kuiper.