De nouvelles observations de 21 disques de débris extrêmes suggèrent que la poussière provient d’impacts violents entre des corps en train de construire des planètes et pourrait même signaler des systèmes stellaires au milieu d’un bouleversement planétaire.
« C’est la première fois que nous rassemblons suffisamment de systèmes pour vraiment comprendre cette sous-classe que nous appelons les disques de débris extrêmes », a déclaré l’auteur principal, le Dr Kate Su, astronome au Space Science Institute.
« Avant Webb, nous disposions d’informations limitées. Nous savions qu’ils étaient étranges et très différents des disques de débris froids typiques que nous connaissons, comme Vega et Fomalhaut. »
« Maintenant que nous disposons de plus de données, nous pouvons déterminer ce que ces disques représentent pour la formation et l’évolution des planètes. »
Les astronomes ont analysé les spectres infrarouge moyen de 21 disques de débris extrêmes (EDD) : 16 provenant de l’instrument infrarouge moyen à bord du télescope spatial James Webb NASA/ESA/CSA et cinq du télescope spatial Spitzer de la NASA.
Pour 12 des systèmes, des spectres complets dans l’infrarouge moyen ont été obtenus pour la première fois.
La poussière est différente de celle des disques de débris typiques en formation de planètes ou plus anciens. Les grains EDD sont pour la plupart submicroniques, plus petits que les grains de quelques microns qui dominent les disques protoplanétaires, et ils sont bien plus nombreux sous forme optiquement fine.
Les grains montrent également des signes d’avoir été chauffés et altérés, notamment des niveaux élevés de silicates cristallins et, dans certains systèmes, de silice.
Huit des 21 systèmes, soit environ 38 %, ont été classés comme riches en silice. Moins de 10 % des disques protoplanétaires entrent dans cette catégorie.
Les chercheurs proposent que la silice se forme lorsque les impacts vaporisent la roche et que la vapeur se condense rapidement, un processus similaire à la formation de sphérules vitreuses dans les débris d’impact sur Terre et sur la Lune.
Les silicates cristallins tels que la forstérite peuvent se former par condensation ou par recuit, où la poussière existante est chauffée et restructurée.
Selon les auteurs, les disques riches en silice résultent de collisions entre de gros embryons planétaires comparables à Mars.
Les disques pauvres en silice, riches en silicates cristallins, proviendraient d’impacts moins énergétiques, probablement entre des corps plus petits de la taille de la Lune ou de coups rasants à faible vitesse.
« Le simple fait de voir leur émission dans l’infrarouge moyen et leurs magnifiques caractéristiques spectrales avec Webb, ce qui nous a permis d’identifier leurs compositions, était la chose la plus excitante pour moi », a déclaré le Dr Agnes Kospal, astronome à l’observatoire de Konkoly.
« Nous n’avons aucun autre moyen d’étudier directement ces embryons planétaires car ils sont trop petits. »
Les EDD riches en silice n’apparaissent qu’autour d’étoiles âgées de moins de 300 millions d’années environ, ce qui concorde avec les simulations dans lesquelles la phase d’impact géant de la formation des planètes telluriques s’estompe après quelques centaines de millions d’années.
Trois EDD de l’échantillon ont plus de 300 millions d’années et tous trois sont pauvres en silice avec de très fortes caractéristiques de 10 microns.
L’équipe suggère que de tels systèmes, ainsi que d’autres disques pauvres en silice et contenant de très grandes quantités de petits grains, pourraient être des signes d’instabilité dynamique tardive, lorsque des planètes ou d’autres corps réorganisent leurs orbites et remuent des objets plus petits.
« La formation des planètes rocheuses et l’évolution des planètes géantes font partie de l’histoire plus large de la formation du système solaire. C’est une seule histoire », a déclaré le Dr Su.
« Notre travail sur les disques de débris extrêmes nous aide à dresser un tableau global de ce que nous comprenons actuellement. »
Les résultats apparaissent dans le Journal d’astrophysique.
