Webb trouve de la glace d'eau et de dioxyde de carbone autour de Beta Pictoris

Le télescope spatial James Webb a détecté de la glace d'eau et de dioxyde de carbone dans le disque de débris autour de Beta Pictoris, une jeune étoile située à environ 64 années-lumière de la Terre et âgée d'environ 20 millions d'années. Ces résultats proviennent d'une étude dirigée par Sarah Betti, astronome à l'Institut des sciences du télescope spatial à Baltimore, publiée dans la revue Science.

Détection de la glace

L'équipe de Betti a observé Beta Pictoris le 7 décembre 2023, en utilisant le spectrographe infrarouge proche (NIRSpec) de Webb, qui enregistre un spectre complet de 0,6 à 5,2 micromètres pour chaque point de l'image. Après avoir soustrait l'éblouissement de l'étoile, les chercheurs ont mesuré la quantité de lumière stellaire réfléchie par la poussière du disque à chaque longueur d'onde.

La glace d'eau absorbe fortement la lumière près de 3 micromètres, tandis que la glace de dioxyde de carbone absorbe à 4,27 micromètres ou 4,39 micromètres lorsqu'elle contient l'isotope plus lourd carbone-13. Des spectres détaillés provenant de deux points situés de part et d'autre de l'étoile, chacun à environ 100 unités astronomiques, ont montré la présence de glaces d'eau et de dioxyde de carbone, y compris la forme courante et la version plus rare au carbone-13.

Composition et structure de la glace

Les caractéristiques du dioxyde de carbone étaient légèrement décalées vers des longueurs d'onde plus courtes et beaucoup plus larges que celles de la glace de dioxyde de carbone pure mesurée en laboratoire. L'équipe indique dans l'article que c'est ainsi que se comporte le dioxyde de carbone lorsque ses molécules sont piégées à l'intérieur de la glace d'eau, ce qui signifie que les deux glaces sont parfaitement mélangées plutôt que de se trouver côte à côte sous forme de grains séparés.

L'équipe a calculé qu'il y a légèrement plus d'une molécule de dioxyde de carbone pour 10 molécules d'eau, ce qui représente environ 11 % de la glace. Cela se situe dans la plage de 2,5 à 30 % mesurée dans les comètes du système solaire et les 7 à 20 % observés dans la glace des disques entourant d'autres jeunes étoiles.

La glace d'eau est presque entièrement amorphe, un solide désordonné de type vitreux. La glace cristalline produit un pic net dans le spectre juste au-dessus de 3 micromètres, mais ce pic était absent à Beta Pictoris. L'équipe estime que moins de 7 % de la glace d'eau du système est cristalline.

Origine de la glace

Pour que la glace amorphe reste dans cet état, elle doit rester plus froide qu'environ 100 Kelvin, soit moins 173° Celsius. Sinon, quelque chose doit continuer à briser sa structure cristalline, comme la lumière ultraviolette de haute énergie, les rayons cosmiques ou les particules émanant de l'étoile. Les chercheurs ont conclu que la glace s'est très probablement formée dans le milieu interstellaire, bien avant que les planètes de Beta Pictoris ne commencent à se former.

L'équipe fait valoir que la distribution uniforme de la glace à travers le disque nécessite des collisions fréquentes entre planétésimaux. Chaque collision libérerait de la poussière glacée fraîche, y compris de la glace qui avait été enfouie et protégée au fond des corps en collision, renouvelant ainsi ce que la lumière stellaire détruit.

Pourquoi cela importe

Ces résultats soutiennent l'idée que le gaz de monoxyde de carbone du disque provient de corps glacés en collision et offrent une explication sur la manière dont la glace peut survivre dans un environnement constamment exposé à la lumière ultraviolette. Si un jeune système planétaire situé à 64 années-lumière a pu commencer avec des ingrédients glacés similaires aux nôtres, alors la glace primordiale et interstellaire pourrait être un ingrédient courant des systèmes planétaires en général, ce qui signifie que les matières premières pour des mondes riches en eau et potentiellement habitables pourraient également être courantes.

Sources (en anglais)

• arstechnica.com: James Webb telescope finds ice older than the star it orbits - Ars Technica
• ua.news: James Webb detects ice likely older than Beta Pictoris — Ars Technica | UA.NEWS

Traduction réalisée par IA de l’article original en anglais, vérifiée automatiquement pour dire la même chose que l’original. Les sources ont été vérifiées en anglais.