Webb fouille la ceinture d’astéroïdes de Fomalhaut et en trouve bien plus

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Les astronomes ont utilisé le télescope spatial James Webb de la NASA pour imager la poussière chaude entourant une jeune étoile proche, appelée Fomalhaut, afin d’étudier la première ceinture d’astéroïdes vue à l’extérieur de notre système solaire en lumière infrarouge. Mais à votre grande surprise, ces structures de poussière sont beaucoup plus complexes que les ceintures de poussière de Kuiper et d’astéroïdes de notre système solaire. En gros, il y a trois ceintures imbriquées qui s’étendent sur une distance de 23 milliards de kilomètres (14 milliards de miles) de l’étoile ; c’est 150 fois la distance de la Terre au Soleil. L’échelle de la ceinture la plus externe est presque le double de l’échelle de la Ceinture de Kuiper de notre système solaire, composé de petits corps célestes et de poussière froide au-delà de Neptune. Les ceintures intérieures de Fomalhaut – jamais vues auparavant – ont été révélées pour la première fois par Webb.

Les ceintures entourent cette jeune étoile chaude, qui peut être vue à l’œil nu comme l’étoile la plus brillante de la constellation de l’hémisphère sud Pez Austral. Les ceintures de poussière sont les vestiges de collisions de corps plus grands, analogues aux astéroïdes et aux comètes, et sont souvent décrites comme des “disques de décombres”. “Je décrirais Fomalhaut comme l’archétype du disque de débris trouvé ailleurs dans notre galaxie, car il a des composants similaires à ceux trouvés dans notre propre système planétaire”, a déclaré András Gáspár, de l’Université d’Arizona à Tucson et auteur principal d’un nouvel article scientifique. décrivant ces résultats. “En regardant les motifs de ces anneaux, nous pouvons commencer à faire un petit croquis de ce à quoi pourrait ressembler un système planétaire, si nous pouvions effectivement prendre une image suffisamment profonde pour voir les planètes possibles.”

Le télescope spatial Hubble et l’observatoire spatial Herschel, ainsi que l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), ont déjà pris des images nettes de la ceinture la plus externe. Cependant, aucun d’entre eux n’a trouvé de structure à l’intérieur. Les ceintures intérieures ont été résolues en lumière infrarouge pour la première fois par Webb. “Ce à quoi Webb est vraiment remarquable, c’est qu’il nous permet de résoudre physiquement la lueur thermique de la poussière dans ces régions intérieures. Ainsi, nous pouvons voir des ceintures intérieures que nous n’avons jamais vues auparavant », a déclaré Schuyler Wolff, un autre membre de l’équipe de l’Université de l’Arizona.

Cette image du disque de débris poussiéreux entourant la jeune étoile Fomalhaut a été obtenue avec le Mid-Infrared Instrument (MIRI) de Webb. L’image révèle trois ceintures imbriquées s’étendant à une distance de 23 milliards de kilomètres (14 milliards de miles) de l’étoile. Les ceintures intérieures – jamais vues auparavant – ont été révélées pour la première fois par Webb. Les étiquettes à gauche indiquent les caractéristiques individuelles. Sur la droite, un gros nuage de poussière se détache et les images en médaillon le montrent à deux longueurs d’ondes infrarouges : 23 et 25,5 microns.
Crédit : NASA, ESA, CSA, A. Gáspár (Université d’Arizona). Traitement d’images : A. Pagan (STScI)

Hubble, ALMA et Webb se sont associés pour créer une vue holistique des disques de débris autour de diverses étoiles. “Avec Hubble et ALMA, nous avons pu imager de nombreux analogues de la ceinture de Kuiper, et nous avons beaucoup appris sur la façon dont les disques externes se forment et évoluent”, a déclaré Wolff. «Mais nous avons besoin de Webb pour nous permettre d’imager une douzaine de ceintures d’astéroïdes ailleurs. Il est possible d’en apprendre autant sur les régions intérieures chaudes de ces disques que Hubble et ALMA nous en ont appris sur les régions extérieures plus froides.”

Très probablement, ces ceintures sont forgées par des forces gravitationnelles produites par des planètes invisibles. De même, dans notre système solaire, Jupiter encercle la ceinture d’astéroïdes, le bord intérieur de la ceinture de Kuiper est sculpté par Neptune et le bord extérieur pourrait être guidé par des corps encore inconnus au-delà. Au fur et à mesure que Webb photographiera plus de systèmes, nous en apprendrons davantage sur la configuration de leurs planètes.

L’anneau de poussière de Fomalhaut a été découvert en 1983 lors d’observations effectuées par le satellite d’astronomie infrarouge (IRAS) de la NASA. L’existence de l’anneau a également été déduite d’observations antérieures à plus longue longueur d’onde à l’aide des télescopes submillimétriques du Mauna Kea, à Hawaï, du télescope spatial Spitzer de la NASA et de l’observatoire submillimétrique de Caltech.

“Les ceintures autour de Fomalhaut sont une sorte de roman policier : où sont les planètes ?”, a déclaré George Rieke, un autre membre de l’équipe et scientifique en chef américain pour le Mid-Infrared Instrument (MIRI Webb) du MIRI, qui a fait ces observations. “Je pense qu’il ne serait pas trop hâtif de dire qu’il existe probablement un système planétaire vraiment intéressant autour de l’étoile.”

“Nous ne nous attendions certainement pas à trouver la structure la plus complexe avec la deuxième ceinture intermédiaire, puis la ceinture d’astéroïdes plus large”, a déclaré Wolff. “Cette structure est très excitante parce que chaque fois que les astronomes voient un espace et des anneaux dans un disque, ils disent : ‘Il pourrait y avoir une planète là-dedans qui façonne les anneaux !'”

Webb a également pris des images de ce que Gáspár appelle “le grand nuage de poussière”, ce qui pourrait être la preuve d’une collision se produisant dans l’anneau extérieur entre deux corps protoplanétaires. Il s’agit d’une caractéristique différente d’une planète possible, vue pour la première fois par Hubble en 2008 dans l’anneau extérieur. Les observations ultérieures de Hubble ont montré qu’en 2014, l’objet avait disparu. Une interprétation plausible est peut-être que cette caractéristique nouvellement découverte, comme celle ci-dessus, est un nuage en expansion de très fines particules de poussière provenant de deux corps glacés qui sont entrés en collision et se sont désintégrés.

L’idée que des disques protoplanétaires existent autour des étoiles remonte à la fin du XVIIIe siècle, lorsque les astronomes Immanuel Kant et Pierre-Simon Laplace ont développé séparément la théorie selon laquelle le Soleil et les planètes se sont formés à partir d’un nuage de gaz en rotation qui s’est effondré et aplati sous l’effet de la gravité. . Les disques de débris se développent plus tard, après la formation des planètes et la dispersion du gaz primordial dans les systèmes. Ces débris montrent que de petits corps tels que des astéroïdes entrent en collision de manière catastrophique et pulvérisent leurs surfaces en créant d’énormes nuages ​​de poussière et d’autres débris. Les observations de sa poussière fournissent des indices uniques sur la structure des systèmes exoplanétaires, atteignant des détails jusqu’aux planètes de la taille de la Terre et même aux astéroïdes, qui sont trop petits pour être vus individuellement.

Les résultats de l’équipe ont été publiés dans la revue scientifique Astronomie naturelle.

Le télescope spatial James Webb est le premier observatoire scientifique spatial au monde. Les observations de Fomalhaut ont utilisé le Mid-Infrared Instrument (MIRI), qui a été fourni par la NASA et l’ESA (Agence spatiale européenne). Cet instrument a été conçu et construit par un consortium national d’instituts européens (le Consortium européen MIRI) et le Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA, en association avec l’Université d’Arizona. Webb résoudra les mystères de notre système solaire, verra au-delà des mondes lointains autour d’autres étoiles et explorera les structures et les origines mystérieuses de notre univers et notre place dans celui-ci. Webb est un programme international géré par la NASA avec ses partenaires : l’ESA et l’Agence spatiale canadienne (ASC).