Le télescope James-Webb révèle une collision géante d'astéroïdes dans un système solaire proche

On sait que les instruments du télescope spatial James-Webb (JWST) permettent de faire des observations dans l'infrarouge, ce qui veut dire qu'il peut revisiter des astres étudiés dans cette bande de fréquencesbande de fréquences par d'anciens télescopes aussi dans l'espace pour en tirer de nouveaux enseignements. Cette possibilité est aujourd'hui exploitée par des chercheurs comme Christine Chen et ses collègues, en l'occurrence en ce qui concerne une jeune étoile désormais mythique dans l'histoire de l'astronomie depuis quarante ans et que l'on continue d'investiguer. Christine Chen est astronomeastronome à l'Université Johns Hopkins, et un communiqué de cette université fait état de travaux qu'elle a dirigés et qui ont été présentés lors de la 244^e réunion de l'American Astronomical Society à Madison, Wisconsin.

Pour comprendre de quoi il s'agit, il nous faut d'abord remonter dans le passé et rappeler des explications que Futura avait déjà données dans de précédents articles.

De l'Iras au James-Webb

Lancé le 25 janvier 1983 sur une orbite héliosynchronehéliosynchrone, le satellite Iras de la NasaNasa -- pour Infrared Astronomical Satellite ou satellite astronomique infrarouge -- partait en direction des étoiles pour une mission qui allait durer environ 10 mois. Il préfigurait d'autres télescopes en orbite capables d'observer dans l'infrarouge, comme SpitzerSpitzer et Herschel, et il fut le tout premier à effectuer une couverture complète du ciel dans l'infrarouge.

En tournant son regard en direction de la constellationconstellation du Peintre pour observer une étoile, nommée BêtaBêta Pictoris, 1,75 fois plus massive que le SoleilSoleil et beaucoup plus jeune que lui, Iras n'avait pas tardé à mettre en évidence un excès d'émissionémission infrarouge autour. Excès que les astrophysiciensastrophysiciens ont rapidement interprété comme l'une des toutes premières détections d'un disque de poussières autour d'une étoile. Cette hypothèse a d'ailleurs été vérifiée l'année suivante, en 1984, avec une imagerie directe de ce disque circumstellaire : une grande première pour l'époque.

On voit sur cette photo composite, prise dans l'infrarouge proche et donc en fausses couleurs, le système de Bêta Pictoris. Le disque de débris est bien visible ainsi que l'exoplanète Bêta Pictoris b. En haut à droite, se trouve la comparaison avec la taille de l'orbite de Saturne. © ESO/A-M. Lagrange et al.

Situé à 63 années-lumièreannées-lumière de notre Soleil, ce disque de débris montrait probablement ce à quoi ressemblait le Système solaireSystème solaire durant sa formation. Le disque autour de Bêta Pictoris fut par la suite le premier du genre à être observé dans le visible. On l'a supposé composé de poussières résultant des collisions entre des petits corps célestes comme des embryonsembryons planétaires et des astéroïdesastéroïdes. Les astronomes avaient donc de très bonnes raisons de s'intéresser à cette étoile pour comprendre l'enfance du Système solaire, d'autant plus que la théorie de l'évolutionthéorie de l'évolution stellaire et les observations la concernant indiquaient clairement qu'elle avait commencé sa vie sur la séquence principaleséquence principale du diagramme de Hertzsprung-Russel depuis environ 23 millions d'années.

En 2008, comme on s'y attendait du fait de la théorie de la formation des systèmes planétaires, une exoplanèteexoplanète, Bêta Pictoris b (aussi désignée par β Pictoris b), a finalement été découverte dans ce disque (un disque de débris issu d'un disque protoplanétairedisque protoplanétaire ayant perdu son gazgaz) avec le système d'optique adaptative Naco du Very Large TelescopeVery Large Telescope, dans le désertdésert d'Atacama au Chili, grâce à Anne-Marie Lagrange, directrice de recherche au CNRS et membre du Laboratoire d'astrophysiqueastrophysique de Grenoble, et son équipe. Il s'agissait là aussi d'une découverte faite par imagerie directe, ce qui est encore rare avec des exoplanètes. Bêta Pictoris b est un exemple de super-JupiterJupiter avec une massemasse estimée à 9 et 13 fois celle de Jupiter, laquelle est environ 318 fois plus massive que la Terre.

Une quantité de poussière 100 000 fois plus grande que celle de l'astéroïde tueur de dinosaures  ?

Mais avant 2008, les observations du défunt télescope Spitzer de 2004 à 2005 avaient montré la présence d'une plus importante quantité de poussière que l'on pouvait s'attendre à détecter à nouveau dans les données collectées par le JWST. Cela n'a pas été le cas.

Cette découverte surprenante ne semble pouvoir s'expliquer correctement que si cette poussière avait été la production transitoire il y a environ 20 ans d'une collision cataclysmique entre des astéroïdes, pulvérisant les corps célestes en fines particules de poussière plus petites que le pollenpollen ou le sucresucre en poudre.

La collision se serait produite proche de l'étoile Bêta Pictoris, de sorte que les grains de poussière silicatés étaient chauffés par le rayonnement stellaire et rayonnaient donc copieusement dans l'infrarouge. Le souffle de ce même rayonnement ayant chassé les grains loin de l'étoile, ils se seraient refroidis, ce qui aurait fait baisser l'émission de lumière dans l'infrarouge.

Dans le communiqué de l'Université Johns Hopkins, Chen explique aussi que lorsque Spitzer a collecté les données précédentes, les astrophysiciens « ont supposé que quelque chose comme de petits corps broyés remuerait et reconstituerait la poussière régulièrement au fil du temps. Mais les nouvelles observations de Webb montrent que la poussière a disparu et n'a pas été remplacée. La quantité de poussière soulevée est environ 100 000 fois plus grande que celle de l'astéroïde qui a tué les dinosaures ».

Deux télescopes spatiaux différents ont pris des instantanés à 20 ans d'intervalle de la même zone autour de l'étoile appelée Beta Pictoris. Les scientifiques émettent l’hypothèse que la quantité massive de poussière observée sur l’image de 2004-2005 du télescope spatial Spitzer indique une collision d’astéroïdes qui s’était en grande partie dissipée au moment où le télescope spatial James Webb a capturé ses images en 2023. © Roberto Molar Candanosa, Université Johns Hopkins, avec le concept art Beta Pictoris de Lynette Cook, NASA

Le communiqué explique aussi que Bêta Pictoris se trouve à un âge clé où des planètes géantesplanètes géantes se sont formées, mais où des planètes telluriquesplanètes telluriques pourraient encore se développer. Ce qui est sûr, c'est qu'elle possède au moins non pas une mais deux géantes gazeusesgéantes gazeuses connues, Beta Pic b et c, qui influencent également la poussière et les débris environnants. 

Ce qui fait dire à Kadin Worthen, doctorant en astrophysique à Johns Hopkins, qu'avec le travail dont il est l'un des auteurs avec Chen « la question que nous essayons de contextualiser est de savoir si tout ce processus de formation de planètes terrestres et géantes est commun ou rare, et la question encore plus fondamentale : les systèmes planétaires comme le système solaire sont-ils si rares ? Nous essayons essentiellement de comprendre à quel point nous sommes bizarres ou moyens ».