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Spitzer découvre des ondes de choc dans les disques protoplanétaires

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La formation d'un système planétaire n'est pas qu'une question de mécanique céleste. C'est aussi une affaire de chimie et de minéralogie. Observant des disques protoplanétaires en infrarouge, le télescope de Spitzer vient de détecter deux minéraux ne pouvant se former que sous l'action de hautes températures. Une preuve indirecte de l'existence d'ondes de choc, prévues par la théorie.

Vue d'artiste de Spitzer. Crédit : Nasa

Le regard perçant de Spitzer ne sert pas qu'à partir à la recherche de diamants dans les nuages interstellaires, des astronomes comme William Forrest s'en servent aussi pour comprendre la physique de la formation des disques protoplanétaires, issus de l'effondrement des globules de Bok.

Avec son étudiant à l'Université de Rochester, Ben Sargent, il vient de démontrer la présence dans cinq disques protoplanétaires, situés à environ 400 années-lumière, de deux types de silicates connus sous les noms de cristobalite et de tridymite. Il s'agit de minéraux que l'on connaît sur Terre dans les laves issues des volcans mais aussi dans certaines météorites et dans la poussière cométaire.

La surprise vient de ce que ces minéraux se forment lorsque du quartz cristal, encore appelé cristal de roche (et que les fans de Moëbius connaissent bien), est porté à des températures de l'ordre de 1.220 K. Or, les mesures indiquent que les températures moyennes dans les disques protoplanétaires s'échelonnent entre 100 et 1.000 K.


Cliquez pour agrandir. Des images au microscope électronique à balayage des cristaux détectés par Spitzer avec une vue d'artiste d'un disque protoplanétaire. Crédit : NASA/JPL-Caltech-George Rossman

Des collisions échauffent les disques

Cela pourrait être l'une des nombreuses énigmes de la formation des planètes mais en fait, les théoriciens de la planétologie avaient découvert depuis quelque temps déjà que des ondes de choc puissantes devaient parfois se produire dans les disques protoplanétaires lors de la collision de zones plus denses spiralant en direction de l'étoile centrale. Ces chocs s'accompagnent alors d'ondes de pression supersoniques comprimant le mélange de gaz et de poussières silicatées. La température peut donc s'élever localement pour atteindre celles de la formation de la cristobalite et de la tridymite.

Selon certains théoriciens, ces ondes pourraient de plus jouer un rôle dans l'apparition des planètes géantes et les preuves indirectes de leur existence sont donc importantes. Elles nous confortent dans l'idée que nos modèles numériques et analytiques ne sont pas qu'une vue de l'esprit et que nous somme sur toujours sur la bonne voie pour comprendre comment notre propre système solaire est né.

On a d'ailleurs de bonnes raisons de penser que ce dernier lui-même s'est formé en raison d'une onde de choc causée par l'explosion d'une étoile en supernova. On sait aussi que les deux minéraux détectés par Spitzer devaient être présents à l'aube de la formation du système solaire, car on les retrouve dans les poussières de la comète Wild 2, collectées et ramenées sur Terre par la mission Stardust.

Les comètes étant riches en matériaux très primitifs ayant peu ou pas évolué depuis la formation du système solaire, on voit que les différentes pièces du puzzle de la formation des planètes s'assemblent peu à peu...

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