La lumière bleue d'une étoile nouveau-née illumine la nébuleuse par réflexion IC 2631. Cette nébuleuse fait partie de la région de formation d'étoiles Chamaeleon, que Webb étudiera pour en savoir plus sur la formation de l'eau et d'autres glaces cosmiques. Crédit :Observatoire européen austral (ESO)
L'eau est essentielle à la vie, mais comment fait-on de l'eau ? Pour préparer de l'H2O, il faut plus que mélanger de l'hydrogène et de l'oxygène. Cela nécessite les conditions particulières que l'on trouve au plus profond des nuages moléculaires glacials, où la poussière protège contre la lumière ultraviolette destructrice et facilite les réactions chimiques. Le télescope spatial James Webb de la NASA examinera ces réservoirs cosmiques pour obtenir de nouvelles informations sur l'origine et l'évolution de l'eau et d'autres éléments constitutifs clés des planètes habitables.
Un nuage moléculaire est un nuage interstellaire de poussière, gaz, et une variété de molécules allant de l'hydrogène moléculaire (H2) au complexe, organiques contenant du carbone. Les nuages moléculaires contiennent la majeure partie de l'eau de l'univers, et servir de pépinière pour les étoiles nouveau-nées et leurs planètes.
Dans ces nuages, à la surface de minuscules grains de poussière, les atomes d'hydrogène se lient à l'oxygène pour former de l'eau. Le carbone se joint à l'hydrogène pour produire du méthane. L'azote se lie à l'hydrogène pour créer de l'ammoniac. Toutes ces molécules collent à la surface des grains de poussière, accumuler des couches de glace sur des millions d'années. Le résultat est une vaste collection de « flocons de neige » qui sont balayés par des planètes en bas âge, fournir les matériaux nécessaires à la vie telle que nous la connaissons. "Si nous pouvons comprendre la complexité chimique de ces glaces dans le nuage moléculaire, et comment ils évoluent lors de la formation d'une étoile et de ses planètes, alors nous pouvons évaluer si les éléments constitutifs de la vie devraient exister dans chaque système stellaire, " a déclaré Melissa McClure de l'Universiteit van Amsterdam, le chercheur principal sur un projet de recherche pour étudier les glaces cosmiques.
Pour comprendre ces processus, l'un des projets scientifiques discrétionnaires du directeur de Webb examinera une région de formation d'étoiles à proximité pour déterminer quelles glaces sont présentes où. "Nous prévoyons d'utiliser une variété de modes et de capacités d'instruments Webb, non seulement pour enquêter sur cette seule région, mais aussi pour apprendre à étudier au mieux les glaces cosmiques avec Webb, " a déclaré Klaus Pontoppidan du Space Telescope Science Institute (STScI), un enquêteur sur le projet de McClure. Ce projet tirera parti des spectrographes haute résolution de Webb pour obtenir les observations les plus sensibles et les plus précises à des longueurs d'onde qui mesurent spécifiquement les glaces. les spectrographes de Webb, NIRSpec et MIRI, fournira une précision jusqu'à cinq fois supérieure à celle de n'importe quel télescope spatial précédent dans les longueurs d'onde du proche et moyen infrarouge.
Dans cette animation, nous volons dans un disque protoplanétaire entourant une jeune étoile. Dans le disque, de minuscules grains de poussière accumulent des couches de glace sur des milliers d'années. Ces flocons de neige cosmiques sont emportés par la formation de planètes, fournir des ingrédients clés pour la vie. Crédit :NASA/JPL-Caltech/R. Blesser
Étoiles infantiles et berceaux de comète
L'équipe, dirigé par McClure et les co-chercheurs principaux Adwin Boogert (Université d'Hawaï) et Harold Linnartz (Universiteit Leiden), prévoit de cibler le complexe Chamaeleon, une région de formation d'étoiles visible dans le ciel austral. Il est situé à environ 500 années-lumière de la Terre et contient plusieurs centaines de protoétoiles, dont les plus anciennes ont environ 1 million d'années. "Cette région a un peu de tout ce que nous recherchons, " a déclaré Pontoppidan.
L'équipe utilisera les détecteurs infrarouges sensibles de Webb pour observer les étoiles derrière le nuage moléculaire. Comme la lumière de ces faibles, les étoiles de fond passent à travers le nuage, les glaces dans le nuage absorberont une partie de la lumière. En observant de nombreuses étoiles de fond réparties dans le ciel, les astronomes peuvent cartographier les glaces dans toute l'étendue du nuage et localiser où se forment différentes glaces. Ils cibleront également des protoétoiles individuelles dans le nuage lui-même pour apprendre comment la lumière ultraviolette de ces étoiles naissantes favorise la création de molécules plus complexes.
Les astronomes examineront également les lieux de naissance des planètes, disques rotatifs de gaz et de poussière appelés disques protoplanétaires qui entourent les étoiles nouvellement formées. Ils seront en mesure de mesurer les quantités et les abondances relatives de glaces aussi près que 5 milliards de milles de l'étoile naissante, qui correspond à la distance orbitale de Pluton dans notre système solaire.
"Les comètes ont été décrites comme des boules de neige poussiéreuses. Au moins une partie de l'eau dans les océans de la Terre a probablement été fournie par les impacts des comètes au début de l'histoire de notre système solaire. Nous examinerons les endroits où les comètes se forment autour d'autres étoiles, " a expliqué Pontoppidan.
Ce spectre simulé du télescope Webb illustre les types de molécules qui peuvent être détectées dans les régions de formation d'étoiles comme la nébuleuse de l'Aigle (en arrière-plan). Crédit :NASA, ESA, l'équipe du patrimoine Hubble, et M. McClure (Universiteit van Amsterdam) et A. Boogert (Université d'Hawaï)
Expériences en laboratoire
Afin de comprendre les observations de Webb, les scientifiques devront mener des expériences sur Terre. Les spectrographes de Webb diffuseront la lumière infrarouge entrante dans un spectre arc-en-ciel. Différentes molécules absorbent la lumière à certaines longueurs d'onde, ou couleurs, résultant en des raies spectrales sombres. Les laboratoires peuvent mesurer une variété de substances pour créer une base de données d'« empreintes digitales » moléculaires. Quand les astronomes voient ces empreintes digitales dans un spectre de Webb, ils peuvent alors identifier la molécule ou la famille de molécules qui ont créé les raies d'absorption.
"Les études en laboratoire permettront de répondre à deux questions clés. La première est de savoir quelles molécules sont présentes. Mais tout aussi important, nous allons voir comment les glaces sont arrivées là. Comment se sont-ils formés ? Ce que nous trouvons avec Webb va aider à éclairer nos modèles et nous permettre de comprendre les mécanismes de formation de la glace à très basse température, " a expliqué Karin Öberg du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, un enquêteur sur le projet.
"Il faudra des années pour exploiter pleinement les données qui sortent de Webb, " ajouta berg.
Le télescope spatial James Webb sera le premier observatoire spatial infrarouge au monde de la prochaine décennie. Webb aidera l'humanité à résoudre les mystères de notre système solaire, regarder au-delà des mondes lointains autour d'autres étoiles, et sonder les structures et les origines mystérieuses de notre univers et notre place dans celui-ci. Webb est un projet international mené par la NASA avec ses partenaires, ESA (Agence spatiale européenne) et CSA (Agence spatiale canadienne).
