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Le télescope James-Webb éclaire l’origine de l’eau sur Terre

Image composite de la barre d’Orion montrant l’endroit où un disque protoplanétaire (en zoom) a été analysé pour y détecter une molécule, le radical libre hydroxyle, fait d’un atome d’oxygène et d’un atome d’hydrogène (OH).

Les yeux perçants du télescope spatial James-Webb ont encore révélé des phénomènes fascinants, au cœur du processus de formation de systèmes solaires comme le nôtre. Une équipe internationale vient de mettre en évidence une machinerie insoupçonnée, un cycle de l’eau très précoce et de très grande ampleur qui pourrait mieux expliquer l’origine de l’eau de notre planète. L’observation a révélé que de la glace d’eau est détruite, puis reformée à un rythme insensé, dans un volume équivalent à la disparition d’un océan terrestre tous les mois.

Cela n’a pas lieu, bien sûr, dans notre Système solaire aujourd’hui, mais dans de très jeunes systèmes, dits « protoplanétaires », de un à trois millions d’années après la formation d’une étoile centrale, et bien avant l’apparition de planètes telluriques. Plus précisément, les événements ont lieu au sein du disque d203-506, déjà identifié par le télescope spatial Hubble, situé dans la nébuleuse d’Orion, la pouponnière d’étoiles la plus proche de nous, à quelque 1 000 années-lumière.

Mais des détails-clés, révélés dans un article de Nature Astronomy, le 23 février, avaient échappé au prédécesseur du James-Webb.

Une molécule, deux formes

Ces détails sont chimiques, et même quantiques. Une molécule, le radical libre hydroxyle, fait d’un atome d’oxygène et d’un atome d’hydrogène (OH), a été détectée pour la première fois dans la zone très proche de l’étoile centrale, à moins de 100 unités astronomiques (soit, tout de même, trois fois la distance entre la Terre et Neptune), constituée de gaz et de poussières. Et OH l’a été sous deux formes. La première, comme s’il tournait sur lui-même à grande vitesse, au point de rompre quasiment. « C’est vertigineux », s’enthousiasme Benoît Tabone, l’un des auteurs principaux de l’article, à l’Institut d’astrophysique spatiale (IAS) et au CNRS, qui précise que ce serait l’équivalent d’un gaz chauffé à plus de 40 000 degrés (quand l’environnement est pourtant déjà chaud, 10 000 degrés). La seconde forme est plutôt une vibration des deux atomes, hydrogène et oxygène, qui se rapprochent et s’écartent, avec une énergie plus faible.

Les caméras du télescope qui dispersent, comme des spectroscopes, la lumière sont capables de repérer et, surtout, de distinguer ces deux formes du radical hydroxyle d’énergie différente. « Ce n’était pas simple, car ce sont des signaux très faibles, que l’on n’était pas sûrs de pouvoir “sortir” du bruit de l’instrument », témoigne Marion Zannese, en fin de thèse à l’IAS sous la direction d’Emilie Habart, copilote de ce projet d’observation. En outre, des théoriciens, de l’université de Leyde (Pays-Bas), de celle de Salamanque (Espagne) et de l’Institut de physique fondamentale de Madrid, ont été capables d’expliquer l’origine de ces deux formes par des calculs de dynamique moléculaire, faisant appel à la physique quantique.

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