Les empreintes chimiques des étoiles nous donnent des indices sur la constitution des exoplanètes
Les étoiles naissent dans le maelström qui se forme lorsque des nuages froids et massifs de gaz et de poussières s’effondrent sur eux-mêmes et consument une étoile. Le reste des matériaux du disque forment des blocs d’une taille allant jusqu’à plusieurs mètres. Finalement, de grands amas de ces blocs sont incorporés aux planètes qui gravitent autour de l’étoile. Simultanément, un réseau ahurissant de réactions chimiques donne naissance à des molécules organiques complexes, piégées dans les blocs de glace autour de l’étoile et finalement transportées vers les planètes. «Décrypter les ingrédients essentiels du matérieu qui donne naissance aux planètes révélera un tableau plus général de l’origine et de la diversité des planètes. Actuellement, de nombreuses recherches sont consacrées aux mesures de la composition atmosphérique des exoplanètes et de celle des planètes de notre système solaire. Bien que cela ait du sens, ces caractéristiques planétaires ne sont qu’un tremplin permettant de discuter de l’habitabilité des exoplanètes qui dépend finalement de leur matériau originel», fait remarquer Mihkel Kama, coordinateur du projet DISCO, financé par l’UE.
Se servir de la «matière stellaire contaminée» pour chercher les planètes
Jusqu’à présent, les recherches ont fourni une compréhension préliminaire de l’abondance d’oxygène et de carbone dans les disques protoplanétaires. Les objectifs principaux de DISCO consistaient à ajouter plusieurs éléments supplémentaires à la boîte à outils d’analyse de la composition chimique pour améliorer la compréhension de l’origine des planètes, spécifiquement de leurs environnements habitables. Les chercheurs ont mis au point une nouvelle approche appelée «méthode de la contamination par accrétion» (CAM), qui s’applique aux étoiles légèrement plus grandes que notre Soleil. «Le bilan des éléments chimiques d’un matériau formant une planète proche d’une étoile est très difficile à mesurer directement, nous avons donc cherché de nouvelles méthodes pour le faire. Alors que les étoiles de type solaire ont des zones de convection tumultueuses, les étoiles plus massives sont plus calmes. Par conséquent, tout matériau tombant sur une étoile massive, comme des gouttes de matériau formant une planète ou un gaz éjecté d’une planète très chaude, ne se mélangerait pas à l’intérieur de l’étoile pour se poser à sa surface. Cela permet aux astronomes de mesurer facilement leurs spectres et d’analyser l’empreinte chimique du matériau incrusté à leur surface», explique Mihkel Kama.
De nouveaux éléments chimiques détectés pour la première fois
Les chercheurs ont étudié plusieurs disques formateurs de planète autour de jeunes étoiles. Auparavant, ils recherchaient surtout le carbone et l’oxygène, qui était d’une utilité limitée pour comprendre la composition des planètes. Leurs recherches ont donné des résultats impressionnants. Ils ont en particulier réussi à déterminer la fraction exacte des atomes de soufre qui étaient emprisonnés dans les particules solides avant la formation des planètes. Cette information, difficile à obtenir avec d’autre moyen et désormais accessible pour presque tous les éléments grâce à la CAM, fournit un apport crucial aux modèles de formation de planète utilisés pour prédire la composition élémentaire des noyaux solides et des atmosphères gazeuses des planètes. L’équipe a également traqué les particules de sodium, de zinc, de fer et de magnésium enfermées dans des particules solides. «Ce sont des éléments que les astronomes tentent désespérément de repérer et de caractériser dans les environnements de formation planétaire. Nous espérons que ces travaux apporteront une avancée décisive dans la compréhension des propriétés de la Terre et des planètes autour d’autres étoiles», conclut Mihkel Kama.
Mots‑clés
DISCO, composition, exoplanète, disque protoplanétaire, méthode de la contamination par accrétion (CAM), soufre