Où les étoiles et les planètes puisent-elles leur eau ? Il existe depuis longtemps des preuves que les jeunes étoiles et leurs disques protoplanétaires “héritent” de l’eau du milieu interstellaire – les nuages de gaz et de poussière où les nouvelles étoiles se forment. Maintenant, les astronomes ont trouvé des preuves manquantes pour cela. Ils ont détecté des traces d’eau interstellaire dans le disque de formation planétaire de la jeune étoile V883 Orionis, à environ 1 300 années-lumière. L’équipe a montré que la teneur en deutérium de l’eau gazeuse autour de cette étoile est similaire à la teneur en eau des comètes du système solaire d’une part, et à la teneur en eau du milieu interstellaire d’autre part. Cela suggère que notre eau provenait autrefois aussi de l’espace interstellaire.
Notre Terre est une planète d’eau : les trois quarts de sa surface sont désormais recouverts d’océans et son atmosphère contient également beaucoup de vapeur d’eau. Cependant, jusqu’à présent, la provenance de toute cette eau n’a été que partiellement clarifiée. Selon la théorie actuelle, la plus grande partie de cette eau provenait du disque protoplanétaire du jeune Soleil. La Terre tire son eau de la formation des planètes, mais aussi des séquelles d’astéroïdes et de comètes qui se forment dans différentes régions du disque protoplanétaire. La similitude des isotopes de l’hydrogène et de l’oxygène dans l’eau le suggère, mais il existe également quelques différences.
On ne sait pas d’où le disque protoplanétaire du soleil tire son eau. Les planétologues ont longtemps supposé que les jeunes étoiles et les nuages de matière qui les entourent « héritent » de leur eau du milieu interstellaire. “Nous pouvons considérer le passage de l’eau à travers l’univers comme une chaîne ou un chemin : nous savons déjà à quoi ressemble le dernier maillon – l’eau sur les planètes et les comètes”, a expliqué le premier auteur John Tobin de l’Observatoire national de radioastronomie (NRAO) dans Charlottesville, États-Unis. “Jusqu’à présent, nous avons pu connecter la Terre aux comètes et les protoétoiles au milieu interstellaire. Mais le lien entre la protoétoile et la comète a été perdu.”
La section chauffée permet une vue sur l’eau
Il n’est pas clair si le disque protoplanétaire stellaire contient réellement de l’eau de l’espace interstellaire. Dans notre système solaire, la raison est claire : nous devons remonter le temps pour faire cela. Il y a un autre problème avec un proto-disque plat autour d’une étrange jeune étoile : “La majeure partie de l’eau dans le disque de formation des planètes est gelée comme de la glace, donc elle nous est généralement cachée”, explique la co-auteure Margot Lemker de l’Observatoire de Leiden en les Pays-Bas. . Lorsque l’eau gèle en glace, les astronomes ne peuvent pas déterminer sa composition isotopique, telle que la proportion de deutérium, un isotope lourd de l’hydrogène, en utilisant la spectroscopie – cela n’est possible qu’avec des matériaux gazeux. Dans le disque protoplanétaire, il y a de la vapeur d’eau en plus de l’eau gelée. Cependant, ces régions suffisamment chaudes sont généralement très proches des étoiles et enveloppées de nuages de poussière autour d’elles.
Mais Tobin et son équipe ont maintenant trouvé une protoétoile dont la ligne de neige – le point de congélation de l’eau – est très éloignée. Protostar V883 Orionis est situé à environ 1 305 années-lumière dans la constellation d’Orion et contient un disque de gaz et de poussière qui s’étend sur 320 unités astronomiques dans l’espace. Il y a 130 ans, une puissante explosion s’est produite dans ce système en croissance, qui, selon les astronomes, a chauffé le disque protoplanétaire de la protoétoile. En conséquence, la ligne de neige s’est déplacée loin vers l’extérieur et la majeure partie de l’eau protoplanétaire est devenue de la vapeur d’eau. En utilisant l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) au Chili, Tobin et son équipe ont pu capturer et analyser ces signatures spectrales de l’eau. “Le disque chaud de V883 Orionis nous permet de caractériser son réservoir d’eau de manière spatialement résolue, ce qui est impossible pour la plupart des disques protoplanétaires”, ont expliqué les astronomes.
(Vidéo : informatique)
Le lien entre les étoiles et l’eau du soleil
D’une part, l’analyse a révélé que le disque protoplanétaire contenait suffisamment d’eau sous forme de vapeur d’eau pour remplir les océans 1 200 fois plus grands de la Terre. “Il s’agit de la limite inférieure car elle exclut l’eau à moins de 40 UA de l’étoile, ou la glace d’eau sur le bord extérieur du disque”, a déclaré l’équipe. D’autre part, ils pourraient utiliser l’analyse spectrale pour déterminer les niveaux élevés de deutérium dans les eaux protoplanétaires. Le rapport de cet hydrogène aux neutrons supplémentaires fournit un indice important quant à l’origine de l’eau. Dans V883 Orionis, les chercheurs ont trouvé une correspondance avec l’eau cométaire du système solaire ainsi qu’avec le milieu interstellaire. “Les molécules d’eau dans ce système et dans notre système solaire contiennent des proportions similaires de deutérium et d’hydrogène”, a déclaré Tobin. “Cela soutient l’idée que l’eau dans les systèmes planétaires provient de l’espace interstellaire et que les comètes et la Terre sont prises en charge relativement inchangées”, a déclaré Tobin.
Avec cela, V883 Orionis fournit désormais le maillon manquant de la chaîne de l’eau : d’une part, l’étoile relie l’eau interstellaire à la protoétoile et à son disque protoplanétaire, et d’autre part, elle démontre la connexion de son disque à la comète solaire et donc à notre système solaire. Cela confirme l’hypothèse selon laquelle notre eau provient également au moins partiellement de l’espace interstellaire et peut être beaucoup plus ancienne que notre Soleil ou la Terre. “En regardant l’eau dans le disque de V883 Orionis, nous regardons essentiellement dans le temps et voyons à quoi ressemblait notre système solaire quand il était beaucoup plus jeune”, a déclaré Limaker. Tobin a ajouté : “V883 Orionis est le chaînon manquant : nous avons maintenant un lien ininterrompu entre les comètes et les protoétoiles et le milieu interstellaire.”
Source : John Tobin (Observatoire national de radioastronomie, Charlottesville) et al., Nature, disponible ici. doi: 10.1038/s41586-022-05676-z
