Résultats clés

Voici quelques résultats récents du télescope spatial James Webb.

De nouveaux jet permettent de deviner la forme du noyau d’un centaure

Dans les confins glacés du Système solaire, entre l’orbite de Jupiter et celle de Neptune, se trouvent des corps glacés qui ne dépassent guère la centaine de kilomètres (ils sont même souvent bien plus petits) appelés « Centaures ».

À l’instar des centaures mythologiques, mi-humain mi-cheval, ils ont aussi une nature double : ils partagent des caractéristiques avec les objets inertes et glacés qui orbitent dans la ceinture de Kuiper, au-delà des planètes principales, mais aussi avec celles des comètes dites « à courte période », beaucoup plus fortement altérées par leurs passages près du Soleil.

Le télescope spatial James Webb a récemment observé un tel objet : 29P/Schwassmann-Wachmann, un Centaure dont les dégazages impressionnants font de lui l’un des objets les plus actifs du Système solaire externe.

En essayant de cartographier la composition d’un jet de monoxyde et de dioxyde de carbone dirigé vers la Terre, les astronomes ont aussi découvert trois autres jets supplémentaires qui, ensemble, donnent de nouveaux indices sur la forme du noyau de ce Centaure.

Les angles des jets suggèrent que ce noyau pourrait avoir une structure bilobée, ce qui impliquerait que 29P se serait formé à partir de la collision « molle » de deux objets plus petits, peut-être de compositions différentes. D'autres scénarios sont toutefois encore à l'étude.
Les mécanismes de dégazages à l’origine de ces jets font, eux aussi, l’objet de recherches très actives.

Pour en savoir plus : S. Faggi et al., Heterogeneous outgassing regions identified on active centaur 29P/Schwassmann–Wachmann 1, Nature (2024)

Une guirlande de proto-étoiles dans la bordure galactique

Notre galaxie, la Voie Lactée, a un diamètre d’approximativement 100 000 années-lumière. La quasi-totalité des étoiles qu’elle contient se trouve donc à une distance de moins de 50 000 années-lumière de son centre.

Le télescope spatial James Webb (JWST) a pointé son regard vers deux nuages moléculaires de gaz dense et froid contenant des amas de très jeunes étoiles en gestation, situés aux extrêmes confins de la bordure galactique, à 58 000 années-lumière de son centre.

Les proto-étoiles en formation ne sont normalement pas faciles à étudier car elles sont profondément enfouies dans des cocons de gaz et de poussière qui les encapsulent et participent à leur formation.

Les scientifiques ont utilisé la caméra NIRCam (Near-Infrared Camera) et l'instrument MIRI (Mid-Infrared Instrument) pour percer ces régions denses et mettre à nu ces nourrissons stellaires avec un niveau de détail sans précédent.

On soupçonnait depuis longtemps la présence de sous-amas d’étoiles au sein de ce genre de nuage. C’est ce que les capacités d'imagerie de Webb ont confirmé pour la première fois, en particulier grâce à l’instrument MIRI.

Une autre caractéristique des très jeunes étoiles est qu’elles émettent d’immenses jets de matière depuis leurs pôles appelés « objets Herbig-Haro ». C’est très précisément ces jets qu’on peut observer en grande quantité dans l’environnement très dynamique et turbulent de cette pouponnière stellaire.

Cette fenêtre ouverte sur les naissances d’étoiles devrait permettre d’en apprendre plus sur cette phase encore méconnue de leur vie.

Pour en savoir plus : N. Izumi et al., Overview Results of JWST Observations of Star-forming Clusters in the Extreme Outer Galaxy, Astronomical Journal (2024)

Des mirages pour observer l’adolescence des galaxies

A quoi ressemblait notre Galaxie il y a 7 milliards d’années, lorsque la formation d’étoiles battait son plein dans tout l’Univers ? C’est la question à laquelle le télescope spatial James Webb a essayé de répondre.

A cause de la vitesse finie de la lumière, plus on regarde loin, plus la lumière met de temps à nous parvenir et plus il y a du délai entre l’image que l’on observe et ce qu’il se passe réellement sur l’objet observé.
En résumé : « Regarder loin, c’est regarder tôt », comme disait l’astrophysicien Hubert Reeves. 

Pour observer la structure des galaxies telles qu’elles étaient il y a 7 milliards d’années, à l’apogée de la formation des étoiles dans l’Univers, il faut regarder des galaxies suffisamment lointaines, situées à 7 milliards d’années-lumière. Problème : ces galaxies sont si éloignées qu’elles apparaissent minuscules sur les prises de vue faites au télescope, ce qui rend l’étude de leur anatomie très complexe.

Heureusement, l’Univers lui-même nous offre un moyen naturel de « zoomer » sur ces galaxies : les lentilles gravitationnelles. Si des objets massifs (galaxies, amas de galaxies, trous noirs…) se trouvent entre nous et la galaxie étudiée, leur gravité va courber et concentrer la lumière, ce qui amplifie la taille apparente et la luminosité de la galaxie lointaine, comme une lentille.
Mais ce phénomène n’est pas parfait. Cet effet de lentille gravitationnelle crée souvent des images multiples d’une seule et même galaxie de fond, et déforme souvent fortement ces images-mirages.

C’est en observant les mirages gravitationnels provoqués par l’amas de galaxie MACS-J0417.5-1154 que les données du télescopes James Webb ont permis d’étudier les images multiples de deux galaxies en interaction situées dans l’univers lointain.
L’une de ces deux galaxies est vue par la tranche et l’autre de face.
Cette dernière est très poussiéreuse, ce qui la rendrait difficile à observer en lumière visible, mais beaucoup plus facile à voir dans le domaine des infrarouges que détecte le James Webb.

Ces deux galaxies montrent, comme les modèles le prévoient, une formation d’étoiles très active, probablement en partie le résultat de cette collision galactique qui, d’après l’anatomie peu déformée de ces deux galaxies, n’en est probablement qu’à ses débuts.

Pour en savoir plus : V. Estrada-Carpenter et al., When, where, and how star formation happens in a galaxy pair at cosmic noon using CANUCS JWST/NIRISS grism spectroscopy, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2024)

Composition de l’atmosphère de l’exoplanète WASP-107b

Grâce à l’observation en infrarouge moyen de l’atmosphère enflée de l’exoplanète WASP-107b lors d’un transit, l’instrument MIRI du télescope spatial James Webb y a mis en évidence la présence de dioxyde de soufre et de nuages de silicates. La présence de vapeur d’eau a été confirmée mais aucune trace de méthane n’a été détectée. 

Ces résultats publiés dans la revue Nature permettent de faire évoluer de manière significative notre connaissance des modèles planétaires et défient tous les modèles atmosphériques. En effet, les modèles actuels ne permettent pas d’expliquer l’absence de méthane. De plus c’est la première fois que des chercheurs détectent des nuages de silicates dans une super Neptune.

Pour en savoir plus : A. Dyrek, M. Min, L. Decin et al., SO2, silicate clouds, but no CH4 detected in a warm Neptune, Nature (2023)

Détection d’isotopologues de l’ammoniac dans l’atmosphère d’une naine brune froide

L’instrument MIRI a pour la première fois permis de détecter, dans l’infrarouge moyen, des isotopologues de l’ammoniac dans l’atmosphère d’une naine brune froide (W1828), enrichissant notre compréhension de la formation des exoplanètes. En effet, l’observation des naines brunes (semblables aux géantes gazeuses) offre indirectement la possibilité d’étudier les exoplanètes éloignées de leur étoile car les processus physiques et chimiques y sont semblables. Les résultats obtenus sur le rapport isotopique 14N/15N sont compatibles avec une formation d’étoile par effondrement gravitationnel. Ainsi, les isotopologues de l’ammoniac peuvent être utilisés comme un indicateur pour étudier la formation des exoplanètes.

Pour en savoir plus : D. Barrado, P. Mollière, P. Patapis et al., ¹⁵NH₃ in the atmosphere of a cool brown dwarf, Nature (2023)

Le rôle du rayonnement des étoiles massives mis en évidence dans la formation des systèmes planétaires

La plupart des étoiles peu massives se forment dans des amas d’étoiles, au sein desquels il existe également des étoiles massives qui irradient dans l’ultraviolet lointain. En combinant des données multi longueur d’onde dans l’infrarouge (JWST), le submillimétrique (ALMA) et le visible (Hubble), des chercheurs ont observé un système stellaire de la nébuleuse d’Orion et dans lequel le disque protoplanétaire était irradié par des étoiles massives. Ils ont pu mettre en évidence et quantifier l’effet de ce rayonnement ultraviolet lointain sur le taux de perte de masse dans le disque. Ils ont montré que ce processus était suffisamment efficace pour supprimer le gaz dans le disque proto planétaire en moins d’1 million d’années, empêchant la formation de planètes géantes telles que Jupiter. Ce résultat vient confirmer les modèles théoriques de formation des planètes sous l’influence des étoiles massives.

Pour en savoir plus : O. Berné et al., A far-ultraviolet–driven photoevaporation flow observed in a protoplanetary disk, Science (2024)