Comment les étoiles massives voisines façonnent les systèmes planétaires

Comment les étoiles massives voisines façonnent les systèmes planétaires

La découverte qui fait la une de la revue Science cette semaine lève un nouveau coin de voile sur la formation des systèmes planétaires. Grâce au télescope spatial James-Webb et à l’Atacama Large Millimeter Array (Alma), une équipe internationale d’astronomes dirigée par le Français Olivier Berné, chercheur CNRS à l’Institut de recherche en astrophysique et planétologie de Toulouse (IRAP), s’est aperçue que le puissant rayonnement ultraviolet émis par des étoiles massives de la nébuleuse d’Orion éliminait le gaz présent dans le disque protoplanétaire d’une jeune étoile voisine, nommé d203-506, lui faisant perdre rapidement de sa masse.

Un phénomène qui porte un nom ? la photoévaporation ?, mais n’avait jamais été documenté de la sorte. « Le fait que les étoiles massives jouent un rôle dans la formation des planètes est quelque chose que nous avions déjà aperçu avec Hubble dans le passé. Toutefois, nous n’arrivions pas à mesurer précisément cet effet », explique Olivier Berné au Point.

Image Hubble de la Nébuleuse d’Orion et zoom avec le télescope spatial James-Webb sur le proto-système planétaire d203-506. © NASA/STScI/Rice Univ./C.O’Dell et al / O. Berné, I. Schrotter, PDRs4All

Image Hubble de la Nébuleuse d’Orion et zoom avec le télescope spatial James-Webb sur le proto-système planétaire d203-506. © NASA/STScI/Rice Univ./C.O’Dell et al / O. Berné, I. Schrotter, PDRs4All

Concrètement, en chauffant les couches supérieures d’un disque protoplanétaire, les ultraviolets augmentent la température du gaz qu’il contient et le font ainsi s’échapper du système. « La raison est relativement simple : à chaque température correspond un niveau d’agitation des atomes et des molécules. De sorte que plus le gaz est chaud, plus la vitesse moyenne des particules au sein de celui-ci est élevée. Or, lorsque cette vitesse devient suffisamment grande, les particules atteignent ce que l’on appelle la vitesse d’échappement : celle à partir de laquelle elles peuvent se soustraire à l’attraction gravitationnelle du corps autour duquel elle tourne », détaille l’auteur de Destination Orion : voyage à bord du télescope James-Webb*. Un peu comme une fusée parvient à quitter la Terre.

Pas de gaz pour un Jupiter !

Dans le cas du système planétaire naissant étudié par Olivier Berné et ses collègues, la vitesse à laquelle sa masse décroît suggère que son disque pourrait être vidé de son gaz d’ici à seulement un million d’années. Ce qui devrait se traduire par une incapacité à former des planètes de type géantes gazeuses comme Jupiter. « Du moins, cela laisse très peu de temps pour y parvenir », nuance Olivier Berné. Il faut dire que, dans le cas de D203-506, les grosses étoiles qui réchauffent le gaz sont dix fois plus massives que le Soleil et cent mille fois plus lumineuses, alors que la jeune étoile qui se trouve au centre du disque est dix fois moins massive que notre propre étoile. Autant dire que le combat qui oppose les effets des ultraviolets des premières à la gravité de la seconde est hautement inégal !

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Il en résulte que le rôle de ces étoiles massives voisines est crucial pour l’évolution des systèmes planétaires qu’elles contribuent, dans une certaine mesure, à façonner. Leur influence étant d’autant plus importante que la masse de l’étoile au centre du système est faible. C’est une découverte importante dans la mesure où, au-delà de ce premier exemple et au-delà même de la nébuleuse d’Orion, la plupart des étoiles de faible masse autour desquelles se forment des planètes naissent dans des amas qui, comme la célèbre pouponnière cosmique, abritent également d’autres astres très massifs.

«Ã‚ On pense d’ailleurs que le système solaire s’est lui aussi formé à proximité d’étoiles massives. Nous en avons la preuve dans les météorites sous la forme de traces chimiques. Si Jupiter existe, c’est donc très probablement parce que notre étoile avait un champ gravitationnel assez fort pour retenir le gaz nécessaire à sa formation », note Olivier Berné. Voilà de quoi offrir une nouvelle compréhension de l’histoire de notre système solaire ainsi que de tous ceux formés autour d’autres étoiles que la nôtre.

* Destination Orion : voyage à bord du télescope James-Webb, éditions Dunod, 2023.