James Webb détaille trois ceintures de débris autour d'une proche étoile

Dans le voisinage de la Voie lactée, à 25 années-lumière de nous, se trouve l'étoile Fomalhaut, dans la constellation du Poisson austral: ce système planétaire est vu par le télescope spatial James-Webb (JWST) dans des détails à couper le souffle, en infrarouge moyen.

Ses anneaux concentriques de poussières sont imbriqués les uns dans les autres et sculptés par des planètes qui y sont enfouies mais qui restent invisibles à l'œil de l'instrument. Le mécanisme qui maintient ces cercles en position est similaire à celui, à l'intérieur de notre Système solaire, qui fait que Jupiter retient la ceinture d'astéroïdes localisée entre elle, Mars et notre planète Terre.

Quant à la ceinture de Kuiper, toujours dans le Système solaire, son bord intérieur est sculpté par la géante glaciaire Neptune; son bord extérieur pourrait être encadré par des corps encore inconnus situés au-delà de cette ceinture.

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Fomalhaut est seize fois plus lumineuse que le Soleil et presque deux fois plus massive. Elle est âgée d'environ 440 millions d'années, soit moins d'un dixième de l'âge du Soleil, mais a probablement atteint la moitié de sa durée de vie.

Les trois ceintures imbriquées s'étendent jusqu'à 23 milliards de kilomètres de Fomalhaut, soit environ 150 fois la distance Terre-Soleil.

Un modèle de système planétaire

Les astronomes ont découvert le premier disque de Fomalhaut en 1983, mais il n'y a jamais eu de vue aussi spectaculaire – ou aussi révélatrice – que celle prise par le JWST. Avec cette étude, publiée le 8 mai dans la revue Nature Astronomy, sont mis en évidence deux nouvelles ceintures de débris rocheux et glacés qui orbitent autour de l'étoile, un cadre complexe.

"Je décrirais Fomalhaut comme l'archétype des disques de débris que l'on trouve ailleurs dans notre galaxie, car ses composants sont similaires à ceux de notre propre système planétaire", selon l'auteur principal de l'étude, András Gáspár, astronome adjoint à l'observatoire Steward de l'université d'Arizona, cité dans un communiqué de l'institution.

"En observant les motifs de ces anneaux, nous pouvons commencer à faire une petite esquisse de ce à quoi un système planétaire devrait ressembler – si nous pouvions réellement prendre une photo suffisamment profonde pour voir les planètes que l'on soupçonne d'exister". Selon l'astronome, l'écart secondaire observé dans le système est une forte indication de la présence d'une géante de glace.

Des astéroïdes pulvérisés

Ces trois ceintures semblent être peuplées d'objets appelés planétésimaux, dont certains sont censés s'assembler au début de l'histoire d'un système stellaire pour former des planètes, tandis que d'autres restent à l'état de débris, comme les astéroïdes et les comètes.

C'est après la formation des planètes, une fois que le gaz primordial s'est dispersé, que se forment les disques de débris. Lorsque de petits corps comme les astéroïdes entrent en collision, leur surface est pulvérisée en d'énormes nuages de poussière et d'autres débris.

Leur observation fournit des indices uniques sur la structure d'un système exoplanétaire, jusqu'aux planètes de la taille de la Terre et même aux astéroïdes, qui sont beaucoup trop petits pour être observés individuellement.

"À l'instar de notre Système solaire, d'autres systèmes planétaires abritent des disques d'astéroïdes et de comètes – restes de planétésimaux de l'époque de la formation des planètes – qui se réduisent continuellement en particules de la taille d'un micron par le biais d'interactions collisionnelles", explique András Gáspár.

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Mieux comprendre la naissance des planètes

L'étude de ces ceintures de débris permet de mieux comprendre la naissance des planètes: "Elles se forment dans les disques primordiaux qui entourent les jeunes étoiles. Pour comprendre ce processus de formation, il faut comprendre complètement comment ces disques se forment et évoluent", remarque Schuyler Wolff, coauteur de l'étude, travaillant au même endroit que son collègue.

"De nombreuses questions restent en suspens: comment les poussières de ces disques s'assemblent pour former des embryons de planètes, comment se forment les atmosphères planétaires, etc. Les disques de débris sont des vestiges de ce processus de formation des planètes et leur structure peut fournir des indices précieux sur la population planétaire sous-jacente et les histoires dynamiques", ajoute le scientifique.

Stéphanie Jaquet et reuters