De l’eau sous forme de gaz détectée dans un système solaire en formation
Le « chaînon manquant » qui expliquerait l’abondance d’eau dans le système solaire a-t-il enfin été découvert?
Illustration artistique montrant le disque de formation de planètes autour de l'étoile V883 Orionis. L'image en médaillon montre les deux types de molécules d'eau étudiés dans ce disque.
Photo : ESO/L. Calçada
En analysant des données récoltées par le télescope ALMA (grand réseau d'antennes millimétrique/submillimétrique de l'Atacama) de l’Observatoire européen austral (ESO) installé au Chili, une équipe internationale d’astrophysiciens a détecté de l'eau à l'état gazeux dans V883 Orionis, un disque de formation de planètes situé à environ 1300 années-lumière de la Terre.
L’eau porte une signature chimique qui retrace son voyage depuis les nuages de gaz où se forme l'étoile jusqu'aux planètes
, notent dans un communiqué les auteurs de ces travaux publiés dans la revue Nature (Nouvelle fenêtre) (en anglais).
Ce schéma illustre comment un nuage de gaz s'effondre pour former une étoile avec un disque autour d'elle, à partir duquel un système planétaire se formera éventuellement.
Photo : ESO/L.Calçada
Cette découverte soutient l'idée que l'eau sur Terre est même plus ancienne que notre Soleil
, estime l’astronome John J. Tobin, de l’Observatoire national de radioastronomie des États-Unis.
« Nous pouvons maintenant retracer les origines de l'eau dans notre système solaire jusqu'à avant la formation du Soleil. »
Repères
- Une étoile naît à la suite de l’effondrement d’un nuage de gaz et de poussière.
- La matière subsistante forme ensuite un disque autour de l’astre.
- Dans les millions d'années qui suivent, la matière du disque s'accrète pour former des astéroïdes, des comètes et des planètes.
Le voyage de l’eau
Habituellement, l'eau se compose d'un atome d'oxygène et de deux atomes d'hydrogène.
Dans leur étude, les scientifiques ont étudié la présence d'une version légèrement plus lourde de l'eau où l'un des atomes d'hydrogène est remplacé par du deutérium – un isotope lourd de l'hydrogène.
Comme l'eau simple et l'eau lourde ne se forment pas dans les mêmes conditions, les chercheurs ont pu utiliser leur proportion pour déterminer quand et où elle s’est formée.
« Par exemple, il a été montré que cette proportion dans certaines comètes du système solaire est similaire à celle de l'eau sur Terre, ce qui laisse à penser que les comètes peuvent avoir apporté de l'eau sur Terre. »
D’autres travaux ont déjà permis d’observer le voyage de l'eau des nuages vers les jeunes étoiles, puis des comètes vers les planètes. Toutefois, jusqu'à présent, le lien entre les jeunes étoiles et les comètes manquait.
V883 Orionis, le chaînon manquant
Selon les données récoltées par les chercheurs, la composition de l'eau dans le disque est très similaire à celle des comètes de notre propre système solaire
.
Selon eux, cette réalité confirme l'idée que l'eau des systèmes planétaires s'est formée il y a des milliards d'années, avant le Soleil, dans l'espace interstellaire, et que les comètes et la Terre en ont hérité relativement inchangée
.
L’eau gazeuse
L'eau présente dans les disques de formation de planètes est habituellement gelée sous forme de glace. Elle est donc généralement cachée à notre vue
, affirme Margot Leemker, coauteure de l’étude et doctorante à l'Observatoire de Leyde, aux Pays-Bas.
Pour sa part, l'eau à l'état gazeux peut être détectée grâce au rayonnement émis par les molécules lorsqu'elles tournent et vibrent, mais cela est plus compliqué lorsque l'eau est gelée, le mouvement des molécules étant plus contraignant.
L'eau gazeuse peut être détectée vers le centre des disques, près de l'étoile, où elle est plus chaude. Mais ces régions sont souvent cachées par le disque de poussière lui-même, et sont aussi trop restreintes pour être observées à l’aide des télescopes actuels.
C’était avant une étude récente qui a montré que le disque de V883 Orionis était exceptionnellement chaud en raison d’une explosion spectaculaire d'énergie en provenance de l'étoile jusqu'à une température où l'eau n'est plus sous forme de glace, mais de gaz, ce qui nous permet de la détecter
, note John J. Tobin.
Cette détection a été rendue possible grâce à la sensibilité et à la capacité à discerner les petits détails du réseau de radiotélescopes ALMA.
Les scientifiques ont ainsi pu à la fois détecter l'eau et déterminer sa composition, ainsi que cartographier sa distribution dans le disque.
Leurs observations ont permis de déterminer que ce disque contient au moins 1200 fois la quantité d'eau contenue dans tous les océans de la Terre.
Notre Univers
Rappelons que 13 planètes, dont 5 naines, orbitent autour de notre étoile, le Soleil, et qu’au moins 171 lunes tournent autour de ces planètes. Il existe également plus de 3000 comètes et des millions d’astéroïdes uniquement dans notre système solaire. Il s’agit là de notre voisinage cosmique, puisque notre Soleil se trouve dans une galaxie, la Voie lactée, qui contient elle-même quelques centaines de milliards d’étoiles. Et il existe des milliards de galaxies dans l’Univers.
Dans les prochaines années, Margot Leemker et John J. Tobin espèrent étudier le disque de V883 Orionis à l’aide de l’instrument METIS du futur Télescope géant européen (TGE) qui doit entrer en service à l'horizon 2027.
Cet instrument sera capable de scruter la phase gazeuse de l'eau dans ces types de disques, renforçant le lien entre le parcours de l'eau depuis les nuages de formation d'étoiles jusqu'aux systèmes solaires.
Cela nous donnera une vue beaucoup plus complète de la glace et du gaz dans les disques de formation de planètes
, indique Margot Leemker.
