Image composite du disque protoplanétaire HH 48 NE et de son environnement proche. La lumière diffusée dans l’infrarouge du disque est représentée en rouge. Le gaz traçant un vent au-dessus du disque est représenté en vert. Le jet projeté par le disque est en bleu. © HST, JWST, Sturm et al.

La glace joue un rôle crucial dans la formation des planètes et des comètes. Les particules solides de poussière, recouvertes d’une couche de glace s’agrègent jusqu’à former des planétésimaux, conduisant éventuellement à la formation de planètes et comètes. Les impacts des comètes porteuses de glace ont probablement contribué à la présence d’eau sur Terre. Cette glace contient des atomes de carbone, d’hydrogène, d’oxygène et d’azote qui sont des éléments constitutifs précurseurs à la formation de la vie. La glace dans les disques de formation planétaire n’avait jamais été cartographiée en détail auparavant. Cela s’explique par les limitations des télescopes terrestres gênés par la transmission atmosphérique, et parce que d’autres télescopes spatiaux n’étaient pas assez grands pour détecter et résoudre des sources astronomiques aussi faibles. Le télescope spatial James Webb permet une avancée significative dans ce domaine grâce à sa sensibilité et pouvoir de résolution angulaire.

Dans cette étude, les chercheurs ont étudié la lumière de l’étoile provenant de la jeune étoile HH 48 NE après qu’elle se soit propagée dans son disque circumstellaire en formation vers le télescope spatial. L’étoile et le disque se trouvent à environ 600 années-lumière de la Terre dans la constellation australe du Caméléon. L’image du disque apparaît sous la forme d’un “hamburger”, avec une bande centrale sombre et deux parties lumineuses de part et d’autre, car il est observé avec une forte inclinaison, sur la tranche. Durant son parcours vers le télescope, la lumière de l’étoile interagit avec de nombreux grains de poussière et molécules dans le disque, conduisant à des spectres d’absorption avec des bandes caractéristiques de chaque molécule. Du fait de cette propagation, peu de lumière atteint le télescope, en particulier depuis la partie la plus dense du disque dans la bande sombre.

En haut à gauche : Image composite du disque protoplanétaire HH 48 NE et de son environnement proche. La lumière diffusée dans l’infrarouge du disque est représentée en rouge. Le gaz traçant un vent au-dessus du disque est représenté en vert. Le jet projeté par le disque est en bleu. En haut à droite : détails sur la lumière observée et les caractéristiques de la glace d’eau. Panel du bas : un spectre global mesuré par JWST et contenant les bandes d’absorption caractéristiques des différentes glaces observées et analysées. © Sturm et al.

Les chercheurs ont observé des bandes de glace correspondant aux signatures de glace d’eau (H2O), de dioxyde de carbone (CO2) et de monoxyde de carbone (CO) dans les spectres d’absorption. De plus, ils ont trouvé des preuves de glace d’ammoniac (NH3), de l’ion cyanate (OCN–), de sulfure de carbonyle (OCS) et d’isotope du dioxyde de carbone (13CO2). Le rapport observé entre le dioxyde de carbone et son isotope contenant un 13C a permis aux chercheurs de discuter la quantité de dioxyde de carbone présente dans le disque. L’un des autres résultats intéressants est que la glace de CO détectée par les chercheurs pourrait être séquestrée avec du CO2 et de la glace d’eau, moins volatils, ce qui lui permettrait de rester condensée plus près de l’étoile que précédemment supposé.

Dans un avenir proche, l’équipe de « l’Age de glace » étudiera d’autres spectres obtenus récemment sur une gamme spectrale plus étendue du même disque. Elle est désormais en mesure d’observer d’autres disques et si la découverte concernant les mélanges de glace observés est confirmée, cela modifierait la compréhension actuelle des conditions initiales à l’origine des compositions de planétésimaux, pouvant potentiellement conduire à des planètes plus riches en carbone plus proches de l’étoile. L’intention de l’équipe est d’en apprendre davantage à terme sur le lien entre les voies de formation des grains glacés et la composition résultante des planètes, astéroïdes et comètes.

A JWST inventory of protoplanetary disk ices
J. A. Sturm, M. K. McClure, T. L. Beck, D. Harsono, J. B. Bergner, E. Dartois et al
A&A, 679 (2023) A138

Contacts CNRS :
Emmanuel Dartois
Institut des Sciences Moléculaires d’Orsay (ISMO), CNRS, Université Paris-Saclay
emmanuel.dartois@universite-paris-saclay.fr

Jennifer Noble
Physique des Interactions Ioniques et Moléculaires (PIIM), CNRS, Aix-Marseille Université
jennifer.noble@univ-amu.fr