Nous vivons dans un système solaire mature :huit planètes et plusieurs planètes naines (comme Pluton) se sont formées, ce dernier dans la région remplie de roches et de débris connue sous le nom de ceinture de Kuiper. Si nous pouvions remonter le temps, que verrions-nous lorsque notre système solaire se formerait ? Bien que nous ne puissions pas répondre directement à cette question, les chercheurs peuvent étudier d'autres systèmes qui se forment activement, ainsi que le mélange de gaz et de poussière qui entoure leurs étoiles encore en formation, pour en savoir plus sur ce processus.

Une équipe dirigée par le Dr Thomas Henning du Max Planck Institute for Astronomy à Heidelberg, Allemagne, emploiera le prochain télescope spatial James Webb de la NASA pour étudier plus de 50 disques formant des planètes à divers stades de croissance afin de déterminer quelles molécules sont présentes et idéalement identifier les similitudes, aider à façonner ce que nous savons sur la façon dont les systèmes solaires s'assemblent.

Leurs recherches avec Webb se concentreront spécifiquement sur les disques internes de relativement proches, systèmes de formage. Bien que des informations sur ces régions aient été obtenues par des télescopes précédents, aucun ne correspond à la sensibilité de Webb, ce qui signifie que beaucoup plus de détails seront versés pour la première fois. Plus, L'emplacement spatial de Webb à environ un million de miles (1,5 million de kilomètres) de la Terre lui donnera une vue imprenable sur ses cibles. "Webb fournira des données uniques que nous ne pouvons obtenir autrement, ", a déclaré Inga Kamp de l'Institut d'astronomie Kapteyn de l'Université de Groningue aux Pays-Bas. "Ses observations fourniront des inventaires moléculaires des disques internes de ces systèmes solaires."

Ce programme de recherche recueillera principalement des données sous forme de spectres. Les spectres sont comme des arcs-en-ciel :ils diffusent la lumière dans ses longueurs d'onde composantes pour révéler des informations haute résolution sur les températures, vitesses, et les compositions du gaz et de la poussière. Ces informations incroyablement riches permettront aux chercheurs de construire des modèles beaucoup plus détaillés de ce qui est présent dans les disques internes et où. "Si vous appliquez un modèle à ces spectres, vous pouvez savoir où se trouvent les molécules et quelles sont leurs températures, " expliqua Henning.

Ces observations seront extrêmement précieuses pour aider les chercheurs à identifier les similitudes et les différences entre ces disques formant des planètes, qui sont également connus sous le nom de disques protoplanétaires. « Que pouvons-nous apprendre de la spectroscopie que nous ne pouvons pas apprendre de l'imagerie ? Tout ! » s'est exclamé Ewine van Dishoeck de l'Université de Leiden aux Pays-Bas. "Un spectre vaut mille images."

Une "montagne" de nouvelles données

Les chercheurs ont longtemps étudié les disques protoplanétaires dans une variété de longueurs d'onde de la lumière, de la radio au proche infrarouge. Certaines des données existantes de l'équipe proviennent de l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) au Chili, qui capte la lumière radio. ALMA excelle dans la construction d'images des disques externes. Si vous deviez comparer l'envergure de leurs disques externes à la taille de notre système solaire, cette région est au-delà de l'orbite de Saturne. Les données de Webb compléteront le tableau en aidant les chercheurs à modéliser les disques internes.

Certaines données existent déjà sur ces disques internes - le télescope spatial Spitzer à la retraite de la NASA a servi d'éclaireur - mais la sensibilité et la résolution de Webb sont nécessaires pour identifier les quantités précises de chaque molécule ainsi que les compositions élémentaires du gaz avec ses données, connu sous le nom de spectres. "Ce qui était autrefois un pic très flou dans le spectre se composera de centaines, voire de milliers de raies spectrales détaillées, " a déclaré van Dishoeck.

La spécialité de Webb dans l'infrarouge moyen est particulièrement importante. Il permettra aux chercheurs d'identifier les « empreintes digitales » de molécules comme l'eau, gaz carbonique, méthane, et l'ammoniac, qui ne peut être identifié avec aucun autre instrument existant. L'observatoire déterminera également l'impact de la lumière des étoiles sur la chimie et les structures physiques des disques.

Les disques protoplanétaires sont des systèmes complexes. Au fur et à mesure qu'ils se forment, leur mélange de gaz et de poussière est réparti en anneaux à travers le système. Leurs matériaux voyagent du disque externe au disque interne, mais comment ? "La partie interne du disque est un endroit très dynamique, " explique Tom Ray du Dublin Institute for Advanced Studies en Irlande. " Ce n'est pas seulement là où les planètes de type terrestre se forment, mais c'est aussi là que les jets supersoniques sont lancés par l'étoile."

Les jets émis par l'étoile conduisent à un mélange d'éléments dans les disques interne et externe, à la fois en envoyant des particules et en permettant à d'autres particules de se déplacer vers l'intérieur. "Nous pensons qu'à mesure que la matière s'en va, il perd sa tournure, ou moment cinétique, et que cela permet à d'autres matériaux de se déplacer vers l'intérieur, " Ray a poursuivi. " Ces échanges de matière vont évidemment impacter la chimie du disque interne, que nous sommes ravis d'explorer avec Webb."

Des informations passionnantes vous attendent

Le PDS 70 est plus éloigné à 370 années-lumière. Il a également un grand écart dans sa bague intérieure, ainsi que des données ont révélé que deux planètes en formation, connues sous le nom de protoplanètes, sont présents et rassemblent du matériel. "Les mesures dans l'infrarouge moyen de Webb nous aideront à affiner ce que nous savons à leur sujet, ainsi que le matériel qui les entoure, " expliqua Kamp.

Avec des dizaines de cibles sur leur liste, il est difficile pour les membres de l'équipe de jouer les favoris. "Je les aime tous, " Henning a dit. " Une question à laquelle je voudrais répondre concerne le lien entre la composition des disques formant des planètes et les planètes elles-mêmes. Avec Webb, nous observerons beaucoup plus de détails sur les types de matériaux disponibles pour qu'une planète potentielle s'accumule."

Après avoir affiné les données, son équipe appliquera les points de données discrets aux modèles. "Cela va nous permettre de faire une reconstruction graphique de ces systèmes, " a-t-il poursuivi. Ces modèles seront partagés avec la communauté astronomique, permettre à d'autres scientifiques d'examiner les données, et faire leurs propres projections ou glaner de nouvelles découvertes. Ces études seront menées dans le cadre d'un programme d'observations à temps garanti (GTO).