Nous considérons les planètes comme les enfants intrinsèquement confinés des étoiles hôtes.
L’espace, cependant, est une chose étrange et changeante ; les objets ne suivent pas toujours les règles que nous pensons qu’ils devraient suivre.
En utilisant JWSTLes astronomes ont capturé six objets « voyous », de la taille d’une planète, filant sans attache vers aucune étoile, sauvages et libres dans l’espace interstellaire, dans le magnifique environnement d’une nébuleuse de formation d’étoiles dans la constellation de Persée.
« Nous sondons les limites mêmes du processus de formation des étoiles », dit l’astrophysicien Adam Langeveld de l’Université Johns Hopkins.
« Si vous avez un objet qui ressemble à un jeune Jupiterest-il possible qu’elle soit devenue une étoile dans les bonnes conditions ? C’est un contexte important pour comprendre à la fois la formation des étoiles et des planètes. »
Il existe plusieurs façons de construire un objet cosmique. On pense que les étoiles se forment de haut en bas : un amas dans un nuage suffisamment dense de poussière et de gaz s’effondre sous l’effet de la gravité et accumule de plus en plus de masse à partir d’un disque de matière qui tourbillonne autour de lui jusqu’à ce que la pression et la chaleur en son centre soient suffisamment élevées pour déclencher la fusion de l’hydrogène.
On pense qu’au moins certaines planètes se forment à partir d’un processus ascendant, à partir de la matière laissée dans le disque lorsque l’étoile termine sa formation. Dans ce scénario, des amas de matière commencent à se coller les uns aux autres de manière électrostatique, puis gravitationnelle, pour finalement accumuler suffisamment de matière pour former un noyau et un manteau différenciés.
On ne sait pas exactement où se situe la limite entre ces mécanismes de formation. Et c’est cette question qui a poussé les chercheurs à pointer le JWST vers une nébuleuse appelée NGC 1333 dans Persée, une région remplie d’amas de jeunes étoiles nouvellement formées à partir du gaz qu’elles contiennent.
« Nous avons utilisé la sensibilité sans précédent de Webb aux longueurs d’onde infrarouges pour rechercher les membres les plus faibles d’un jeune amas d’étoiles, cherchant à répondre à une question fondamentale en astronomie : à quel point un objet léger peut-il se former comme une étoile ? » déclare l’astrophysicien Ray Jayawardhana de l’Université Johns Hopkins.
« Il s’avère que les plus petits objets flottants qui se forment comme des étoiles se chevauchent en masse avec des exoplanètes géantes tournant autour d’étoiles proches. »
Les astronomes estiment qu’il pourrait y avoir des milliards de planètes voyousdérivant à travers la Voie Lactée. Une grande partie d’entre eux se seraient formés de la manière habituelle, dans les restes du repas dévoré par une jeune étoile ; des interactions gravitationnelles frénétiques pourraient libérer ces mondes de leurs amarres stellaires et les envoyer vers vivre des aventures sans étoiles (ou devenir pris au piège par la gravité d’une étoile extraterrestre).
Mais il est possible que certaines planètes errantes commencent leur développement de la même manière que les étoiles. Nous connaissons une population d’objets qui se forment comme des étoiles, mais qui n’atteignent pas une masse suffisante pour la fusion de l’hydrogène ; ce sont les naines brunes, dont la masse se situe entre environ 13 et 85 fois la masse de JupiterCes objets sont suffisamment massifs pour permettre la fusion du deutérium, une forme d’hydrogène lourd dont la fusion nécessite une pression et une température plus faibles. Ils brillent, mais faiblement.
La modélisation suggère que la limite de masse supérieure pour qu’une planète se forme de bas en haut, par accrétion du noyau, est moins de 10 JupitersDe plus, la population de NGC 1333 est jeune, et une telle accrétion prendrait un peu de temps – tout comme les interactions gravitationnelles qui les propulseraient dans la grande et vaste galaxie.
Ainsi, lorsque le JWST a repéré six objets dont la masse était comprise entre cinq et dix fois celle de Jupiter, Langeveld et son équipe ont pensé qu’ils avaient dû se former à la suite d’un effondrement gravitationnel. Cette hypothèse a été confirmée lorsqu’ils ont découvert des disques autour de chacun de ces objets relativement minuscules, tout comme des bébés étoiles en miniature.
« Nos observations confirment que la nature produit des objets de masse planétaire d’au moins deux manières différentes : à partir de la contraction d’un nuage de gaz et de poussière, comme les étoiles se forment, et dans des disques de gaz et de poussière autour des jeunes étoiles, comme Jupiter dans notre propre système solaire. » Jayawardhana dit.
Il est intéressant de noter que, bien que le JWST soit suffisamment sensible pour détecter des objets encore plus petits, les chercheurs n’ont trouvé aucun monde errant plus petit que cinq Jupiters. Cela suggère que c’est le point limite. En dessous de cette masse, il est probable que les planètes doivent se former par accrétion du noyau.
Les résultats de l’équipe suggèrent que ces objets sont nombreux, représentant jusqu’à 10 % de tous les objets de l’amas étudié. Et la découverte de ces mondes ouvre des possibilités fascinantes, brouillant la frontière entre une étoile et ses planètes, et une planète et ses lunes.
« Ces minuscules objets dont la masse est comparable à celle des planètes géantes pourraient eux-mêmes former leurs propres planètes », déclare l’astrophysicien Aleks Scholz « Il pourrait s’agir de la pépinière d’un système planétaire miniature, à une échelle bien plus petite que notre système solaire », a déclaré le Dr Andrews, de l’Université de St Andrews au Royaume-Uni.
La recherche a été acceptée dans Le Journal Astronomiqueet est disponible sur arXiv.
