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Les disques protoplanétaires sont riches en eau !

ActualitéClassé sous :Astronomie , Spitzer , disque protoplanétaire

En poussant le télescope Spitzer à la limite de ses possibilités, les astronomes peuvent maintenant analyser la composition des gaz présents dans les disques protoplanétaires autour des étoiles, alors qu'ils se limitaient jusque-là aux poussières. Premiers résultats : les planètes telluriques, comme la Terre, se forment apparemment au sein de zones riches en eau.

Comme pour la figure 2, le spectre du disque de AS 205 N montre de la vapeur d'eau et du gaz carbonique. Crédit: Nasa/JPL-Caltech

Après les progrès fulgurants de la radioastronomie dans les années 50 et 60, on a découvert que des nuages moléculaires denses et froids de notre Galaxie possédaient en abondance des molécules carbonées complexes et surtout des molécules d'eau. Les comètes et les lunes glacées de notre système solaire sont aussi des témoignages de la présence, à l'origine de la nébuleuse protosolaire, d'un nuage de gaz et de poussières riches en molécules d'eau. Mais que devient ce mélange moléculaire lorsqu'un tel nuage s'effondre pour former d'abord une nébuleuse puis un disque protoplanétaire ?

Figure 1. Vue d'artiste d'un disque protoplanétaire. Crédit: Nasa/JPL-Caltech

Aujourd'hui, les astronomes commencent à obtenir des réponses grâce au télescope spatial Spitzer et à la pénétration de son regard infrarouge. Jusqu'à présent, ils s'en étaient surtout servi pour détecter et étudier les poussières interstellaires solides à l'intérieur des disques protoplanétaires, mais rarement pour en repérer les gaz.

Etonnante activité d'une chimie organique

Quelques détections de molécules complexes et de vapeur d'eau avaient déjà été effectuées mais elles dépendaient de l'orientation du disque par rapport à nous, de sorte que les conditions appropriées pour la mise en évidence de la signature spectrale de ces molécules n'étaient que rarement réunies.

John Carr du Naval Research Laboratory (Washington) et Joan Najita du National Optical Astronomy Observatory à Tucson (Arizona) ont trouvé le moyen d'utiliser le spectrographe de Spitzer pour s'affranchir des limites précédentes et rendre possible l'analyse de la composition des gaz dans la partie des disques protoplanétaires où se forme la majorité des planètes.

Figure 2. Le spectre du disque interne autour de l'étoile AA Tauri. Les pics de maximum d'intensité pour les longueurs d'onde du cyanure d'hydrogène (hydrogen cyanide) et de l'acétylène sont bien visibles, ainsi que pour l'eau (water). L'accord entre les prévisions (model) et les observations (courbe du haut) est excellent. Crédit: Nasa/JPL-Caltech

Carr et Najita ont examiné les régions internes du disque autour de l'étoile AA Tauri. Agé de moins d'un million d'années, ce disque est considéré comme un exemple typique de disque protoplanétaire autour d'une jeune étoile.

Les astronomes ont observé la signature spectrale du dioxyde de carbone, de l'acétylène et du cyanure d'hydrogène en même temps que celle de la vapeur d'eau (figure 2). Remarquablement, la mesure des abondances de ces molécules a montré qu'elles étaient plus élevées que dans un nuages moléculaire typique. Pour les chercheurs cela ne fait pas de doute, le processus de formation et d'évolution du disque s'accompagne d'une activité chimique intense qui augmente la quantité des molécules mises en évidence.

La même conclusion a été obtenue par un autre groupe de chercheurs  parmi lesquels se trouve Colette Salyk, une étudiante en thèse au célèbre California Institute of Technology à Pasadena en Californie. Elle et ses collègues ont étudié, toujours avec Spitzer, une douzaine de jeunes étoiles arborant un disque protoplanétaire. Dans deux cas, de grandes quantités d'eau ont ainsi été découvertes et les observations ont été confirmées en infrarouge au sol, grâce aux techniques d'optique adaptative utilisées sur le télescope Keck II à Hawaï.

Pour les cosmochimistes et les exobiologistes, tout ceci est un excellent signe, car ces résultats montrent que les conditions favorables à une chimie complexe sur des planètes telluriques semblent bel et bien souvent réunies dans un disque protoplanétaire. Toutes ces études n'en sont qu'à leurs débuts et plusieurs centaines de disques protoplanétaires ne vont pas tarder à être examinés de plus près.

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