Les différents processus qui conduisent à la formation des planètes rocheuses sont aujourd’hui relativement bien connus. Mais il reste certains points sur lesquels il n’y a pas encore de véritable consensus, notamment en ce qui concerne le tout début du processus. Les modèles actuels suggèrent tous que l’histoire démarre avec une sorte de graine autour de laquelle du matériel va s’agglomérer par la suite. Mais la nature exacte de cette semence reste assez mystérieuse.
Des baroudeurs gelés à l’origine des planètes
L’une des théories les plus prometteuses, c’est que la formation des planètes commence avec de petits morceaux de roche recouverts de glace qui peuplent l’extérieur des disques protoplanétaires — ces amas circulaires qui contiennent le matériel dont se nourrissent les planètes naissantes.
Sous l’effet de la friction avec le matériel avoisinant, ils dérivent ensuite vers la région chaude qui entoure le jeune astre. Une fois suffisamment proches, ils relâchent de la vapeur d’eau qui joue un rôle important dans la suite du processus. Il s’agit d’une hypothèse solide, mais que personne n’a réussi à confirmer, car aucun instrument n’a jamais réussi à documenter cette dynamique.
Cela vient toutefois de changer grâce au James Webb Space Telescope, et cette découverte offre un nouveau point de vue sur la formation des planètes telluriques comme la Terre.
Les disques compacts sont plus chargés en eau
Tout a commencé avec l’observation de quatre disques protoplanétaires — deux plutôt compacts, et deux très étendus. Ils encerclaient des étoiles de la même famille que le Soleil. La différence, c’est que ces astres étaient tous âgés de 2 à 3 millions d’années, contre environ 4,6 milliards d’années pour notre étoile fétiche. Il s’agissait donc de bébé étoile.
En théorie, la dérive des roches glacées devrait être plus importante dans les zones centrales des disques les plus compacts que dans les disques étendus.
Cette hypothèse vient du fait que les disques plus larges ont tendance à être coupés en plusieurs zones distinctes par des zones où la pression est plus importante. Les chercheurs les appellent des pièges de pression. Ils correspondent aux zones plus sombres à droite de la vue d’artiste ci-dessous.
Ce qui est important, c’est qu’il s’agit d’obstacles difficiles à franchir. Ils ralentissent considérablement la dérive du matériel gelé vers la zone centrale. Par conséquent, si l’on trouve plus d’eau dans la zone centrale des disques compacts que dans celle des disques étendus, c’est un argument très fort pour affirmer qu’elle provient directement de la zone périphérique.
C’est exactement ce que le MIRI, le spectromètre infrarouge du Webb, a observé. Les données ont confirmé qu’il y avait bel et bien un excès d’eau dans la région centrale des disques les plus petits et denses, là où la glace est libre de dériver sans tomber dans un piège de pression. Par extension, cela suggère fortement que ce sont bien ces roches gelées qui servent de point de départ aux planètes rocheuses, comme le suggère la théorie.
Un indice sur les origines de la Terre
Et pour les chercheurs, la conclusion est donc claire comme de l’eau de roche — c’est le cas de le dire ; il s’agit de la démonstration la plus convaincante à ce jour que les planètes rocheuses comme la Terre n’étaient que des petits cailloux recouverts de glace au début de leur histoire.
« Le Webb a enfin révélé la connexion entre la vapeur d’eau du disque interne et les roches gelées du disque externe », explique Andrea Banzatti, astrophysicien à l’Université d’État du Texas et auteur principal de l’étude.
« Par le passé, nous avions cette image très statique de la formation des planètes, comme s’il y avait des zones isolées d’où jaillissaient les planètes », précise sa collègue Colette Salyk. « Maintenant, nous avons la preuve que ces zones interagissent entre elles ».
Accessoirement, ces travaux témoignent aussi de l’incroyable versatilité des instruments du télescope James Webb. Même s’il est spécialisé dans la chasse aux origines de l’Univers, à travers l’étude d’objets situés à plus de 13 milliards d’années-lumière, il est aussi capable de nous rapporter des informations qui concernent directement l’histoire de notre bonne vieille planète bleue.
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