Communiqué de presse

Des astronomes révèlent un nouveau lien entre l'eau et la formation des planètes

29 février 2024

Des chercheurs ont découvert de la vapeur d'eau dans le disque qui entoure une jeune étoile, à l'endroit précis où des planètes pourraient se former. L'eau est un ingrédient clé de la vie sur Terre et on pense qu'elle joue également un rôle important dans la formation des planètes. Pourtant, jusqu'à présent, nous n'avions jamais pu cartographier la répartition de l'eau dans un disque stable et froid - le type de disque qui offre les conditions les plus favorables à la formation de planètes autour des étoiles. Ces nouvelles découvertes ont été rendues possibles grâce à l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), dont l'Observatoire Européen Austral (ESO) est partenaire.

"Je n'avais jamais imaginé que nous pourrions obtenir une image d'océans de vapeur d'eau dans la région même où une planète est susceptible de se former", déclare Stefano Facchini, astronome à l'université de Milan (Italie), qui a dirigé l'étude publiée aujourd'hui dans la revue Nature Astronomy. Les observations révèlent la présence d'au moins trois fois plus d'eau que dans tous les océans de la Terre dans le disque interne de la jeune étoile HL Tauri, semblable au Soleil, située à 450 années-lumière de la Terre dans la constellation du Taureau.

"Il est vraiment remarquable que nous puissions non seulement détecter, mais aussi capturer des images détaillées et résoudre spatialement la vapeur d'eau à une distance de 450 années-lumière de nous", ajoute Leonardo Testi, astronome à l'université de Bologne (Italie) et coauteur de l'étude. Les observations à résolution spatiale réalisées avec ALMA permettent aux astronomes de déterminer la répartition de l'eau dans différentes régions du disque. "Participer à une découverte aussi importante dans le disque emblématique de HL Tauri a été au-delà de mes espérances pour ma première expérience de recherche en astronomie", ajoute Mathieu Vander Donckt de l'Université de Liège, en Belgique, qui était étudiant en master lorsqu'il a participé à cette recherche.

Une quantité importante d'eau a été trouvée dans la région où se trouve un sillon connu dans le disque de HL Tauri. Les sillons radiaux sont creusées dans les disques riches en gaz et en poussières par les jeunes planètes en orbite qui accumulent de la matière et se développent. "Nos images récentes révèlent une quantité importante de vapeur d'eau à différentes distances de l'étoile, y compris un espace où une planète pourrait potentiellement se former à l'heure actuelle", explique Stefano Facchini. Cela suggère que cette vapeur d'eau pourrait affecter la composition chimique des planètes qui se forment dans ces régions.

Observer l'eau avec un télescope terrestre n'est pas une mince affaire, car l'abondante vapeur d'eau présente dans l'atmosphère terrestre dégrade les signaux astronomiques. ALMA, exploité par l'ESO avec ses partenaires internationaux, est un réseau de télescopes situé dans le désert chilien d'Atacama, à environ 5 000 mètres d'altitude. Il a été construit dans un environnement élevé et sec, spécifiquement pour minimiser cette dégradation et offrir des conditions d'observation exceptionnelles. "À ce jour, ALMA est la seule installation capable de résoudre spatialement la présence d'eau dans un disque froid de formation de planètes", explique le co-auteur Wouter Vlemmings, professeur à l'université technologique de Chalmers en Suède [1].

"Il est vraiment passionnant d'assister directement, sur une photo, à la libération de molécules d'eau à partir de particules de poussière glacée", déclare Elizabeth Humphreys, astronome à l'ESO, qui a également participé à l'étude. Les grains de poussière qui composent un disque sont les germes de la formation des planètes, car ils s'entrechoquent et s'agglutinent pour former des corps de plus en plus gros en orbite autour de l'étoile. Les astronomes pensent que là où il fait suffisamment froid pour que l'eau gèle sur les particules de poussière, celles-ci s'agglutinent plus efficacement - un endroit idéal pour la formation de planètes. "Nos résultats montrent comment la présence d'eau peut influencer le développement d'un système planétaire, comme ce fut le cas il y a 4,5 milliards d'années dans notre propre système solaire", ajoute Stefano Facchini.

Grâce aux améliorations apportées à ALMA et à l'ELT (Extremely Large Telescope) de l'ESO, qui sera mise en service au cours de la décennie, la formation des planètes et le rôle que joue l'eau dans ce processus seront plus clairs que jamais.  En particulier, METIS (pour Mid-infrared ELT Imager and Spectrograph), offrira aux astronomes des vues inégalées des régions internes des disques de formation des planètes, où se forment les planètes comme la Terre.

Notes

[1] Les nouvelles observations ont utilisé les détecteurs de la bande 5 et de la bande 7 de l'ALMA. La bande 5 a été développée par Chalmers avec la participation de l'ESO ; elle a permis d'étendre ALMA à une nouvelle gamme de fréquences spécifiquement destinée à la détection et à l'imagerie de l'eau dans l'Univers local. Dans cette étude, l'équipe a observé trois raies spectrales de l'eau dans les deux gammes de fréquences du récepteur pour cartographier le gaz à différentes températures dans le disque.

Plus d'informations

Cette recherche a été présentée dans un article intitulé "Resolved ALMA observations of water in the inner astronomical units of the HL Tau disk" à paraître dans Nature Astronomy (doi:10.1038/s41550-024-02207-w).

L'équipe est composée de S. Facchini (Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Milano, Italie), L. Testi (Dipartimento di Fisica e Astronomia "Augusto Righi", Università di Bologna, Italie), E. Humphreys (Observatoire Européen Austral, Allemagne, Joint ALMA Observatory, Chili ; Observatoire Européen Austral Vitacura, Chili), M. Vander Donckt (Space sciences, Technologies & Astrophysics Research (STAR) Institute, Université de Liège, Belgique), A. Isella (Département de physique et d'astronomie, Université de Rice, USA [Rice]), R. Wrzosek (Rice), A. Baudry (Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux, Univ. de Bordeaux, CNRS, France), M. D. Gray (National Astronomical Research Institute of Thailand, Thaïlande), A. M. S. Richards (JBCA, Université de Manchester, UK), W. Vlemmings (Département Espace, Terre et Environnement, Chalmers University of Technology, Suède).

L’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), une installation astronomique internationale, est le fruit d’un partenariat entre l'ESO, l’U.S. National Science Foundation (NSF) et le National Institutes of Natural Sciences (NINS) du Japon en coopération avec la République du Chili. ALMA est financé par l'Observatoire Européen Austral (ESO) pour le compte de ses Etats membres, la NSF en coopération avec le National Research Council du Canada (NRC), le National Science Council of Tawain (NSC) et le NINS en coopération avec l’Academia Sinica (AS) à Taiwan et le Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI). La construction et la gestion d'ALMA sont supervisées par l'ESO pour le compte de ses Etats membres, par le National Radio Astronomy Observatory (NRAO) dirigé par Associated Universities, Inc (AUI) en Amérique du Nord, et par le National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) pour l'Asie de l'Est. L’Observatoire commun ALMA (JAO pour Joint ALMA Observatory) apporte un leadership et un management unifiés pour la construction, la mise en service et l’exploitation d’ALMA.

Liens

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Courriel: stefano.facchini@unimi.it

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Garching bei München, Germany
Tél: +49 89 3200 6541
Courriel: ehumphre@eso.org

Leonardo Testi
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Bologna, Italy
Tél: +39 051 20 9 5763
Courriel: leonardo.testi@unibo.it

Mathieu Vander Donckt
University of Liege
Liege, Belgium
Tél: +32 4 366 9721
Courriel: Mathieu.VanderDonckt@uliege.be

Wouter Vlemmings
Chalmers University of Technology
Gothenburg, Sweden
Tél: +46 31 772 63 54
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