Au cœur d’un amas stellaire baigné de radiations ultraviolettes, le télescope spatial James Webb a localisé une étoile à peine née, baptisée XUE 10. Située à 5 500 années-lumière de la Terre, sa composition chimique est unique et invalide une partie de nos hypothèses sur la formation des matériaux constitutifs des planètes dans ces environnements extrêmes.
Son disque protoplanétaire est bombardé par un rayonnement des milliers de fois plus intense que celui du Soleil. Pourtant, il présente une abondance inhabituelle de CO₂, et ne contient presque pas de vapeur d’eau. Un tel déséquilibre n’avait jamais été observé auparavant dans un système stellaire si jeune ; normalement, c’est le ratio inverse qui domine, l’eau y étant plus présente que le CO₂. Afin de comprendre comment une telle chimie pouvait exister, une équipe d’astronomes a consacré à XUE 10 une étude à elle seule, publiée dans le volume 701 de la revue Astronomy & Astrophysics.
XUE 10 : l’étoile à la chimie anormale
Lorsqu’une étoile naît, elle s’entoure d’un disque dense de gaz et de poussières, où s’agrègent les premiers embryons planétaires. Mais XUE 10 ne ressemble à aucune autre étoile ; elle orbite dans un environnement tellement irradié qu’il devrait être radicalement hostile à la naissance d’une quelconque planète.
C’est pourquoi ces chercheurs ont lancé le programme XUE : pour comprendre comment la formation planétaire se déroule dans des milieux saturés de rayonnement UV, des zones bien plus représentatives de la majorité des étoiles de notre galaxie que les environnements calmes habituellement étudiés.
Ainsi, ils ont pointé Webb en sa direction pour l’analyser sous trois longueurs d’onde infrarouges différentes. Après des semaines de traitement de ces données, c’est là qu’ils ont découvert la composition chimique si particulière de son disque. En plus de l’anomalie chimique expliquée dans l’introduction, sa physique est, elle aussi, exceptionnelle.
En effet, il est bombardé par les violents rayonnements UV des étoiles voisines. Cette influence externe domine les processus chimiques de XUE 10 et bouleverse l’équilibre thermique de son disque, qui ne dépend plus uniquement de l’énergie de son étoile centrale. Cet apport régulier de radiations exogènes réchauffe les couches externes du disque, modifiant profondément la manière dont les poussières et gaz s’agrègent.
Sous l’effet de ce violent bombardement, les poussières qui forment les matériaux constitutifs des planètes se réchauffent et s’organisent donc très différemment. Un contexte, là encore, très particulier, qui remet en question les modèles dominants modélisant la formation des planètes, fondés sur l’idée que l’influence des étoiles massives environnantes était négligeable.
La chimie et la physique qui caractérisent XUE 10 sont la preuve que les lois de formation planétaire n’obéissent pas à un modèle unique : les environnements extrêmes mènent à des chemins de formation alternatifs qui doivent désormais être considérés.
L’autre observation inédite de Webb : le dioxyde de carbone présent dans le disque de XUE 10 y apparaît sous la forme de quatre isotopes différents, ce qui n’a jamais été observé dans une étoile si jeune. Pour rappel, un isotope est une variante d’un même élément, légèrement plus lourde ou plus légère selon le nombre de neutrons qu’elle contient. Presque tous les éléments chimiques ont au moins deux isotopes, stables ou instables.
Dans les disques protoplanétaires, on en observe rarement plus d’un ou deux à la fois ; en repérer le double autour d’une étoile en formation est tout simplement extraordinaire. Cela signifie que la chimie de XUE 10 est soumise à des températures et à des niveaux de rayonnement suffisamment extrêmes pour influencer la concentration et la distribution des isotopes de carbone dans les molécules de CO₂ gazeux.
Au vu de l’environnement dans lequel elle évolue, XUE 10 pourrait donner naissance à des planètes dont la composition atmosphérique et minéralogique s’écarte totalement de celle présente dans le Système solaire. Des mondes dominés par le carbone et quasiment dépourvus d’eau. Pour autant, XUE 10 n’est pas dépourvue d’intérêt pour les astronomes, bien au contraire ! Elle leur procure une rare occasion d’observer la genèse planétaire sous d’autres contraintes, imposées par la radiation et la chaleur de ses voisines. Ce jeune système stellaire est la preuve qu’il existe certainement des milliers de trajectoires par lesquelles les planètes sont formées, un processus qui doit désormais intégrer l’influence du rayonnement des étoiles massives environnantes. Peut-être que XUE 10 n’est qu’une exception, ou inversement, son disque est peut-être une caractéristique commune à ce type d’étoile ? Seules de futures observations, permises par James Webb, nous permettront de confirmer ou d’infirmer cette hypothèse.
- Une jeune étoile nommée XUE 10, observée par James Webb, présente une chimie totalement atypique, dominée par le dioxyde de carbone là où l’eau devrait être majoritaire.
- Son disque protoplanétaire, soumis à un rayonnement ultraviolet extrême, remet en cause les modèles classiques qui expliquent la formation des planètes uniquement par la gravité et la température interne.
- Cette découverte suggère que la lumière des étoiles voisines peut profondément altérer la naissance des mondes et créer des planètes radicalement différentes de celles du Système solaire.
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