La fontaine qui s'apaise : l'évolution des vents des disques protoplanétaires selon JWST ✛
Soixante-douze disques d'accrétion — des cocons tourbillonnants de gaz et de poussière cosmique — ont été scrutés par l'instrument MIRI à bord du James Webb. La plupart d'entre eux libèrent des flux dans l'espace : des structures coniques denses et de fines gerbes à grande vitesse. Ils jaillissent comme des fontaines. Ce processus n'est pas aléatoire. Il emporte l'excès de moment cinétique, sans lequel la matière ne pourrait tomber sur l'étoile. La naissance des futures exoplanètes dépend directement de la durée et de l'intensité de cette fontaine.
Avec l'âge, l'aspect de la fontaine change radicalement. Tant que l'accrétion est rapide (plus de 10⁻⁸ masses solaires par an), environ 80% des disques éjectent des vents moléculaires denses et des jets rapides. Les atomes de néon y sont accélérés à des vitesses supérieures à 30 km/s, ce qui est détecté de manière fiable par le décalage Doppler. Lorsque le flux de matière vers l'étoile diminue, le tableau devient tout autre : les cônes moléculaires denses disparaissent et il ne reste qu'un faible vent atomique. Les vents ralentissent également la migration planétaire, empêchant les planètes de tomber sur l'étoile. Cette transition d'une fontaine tumultueuse à une évaporation calme a été pour la première fois retracée statistiquement.
L'évolution d'une fontaine moléculaire à une évaporation atomique s'intègre parfaitement dans la physique des plasmas décrite par les équations de Maxwell. Aux premiers stades, les cocons denses de gaz protègent du rayonnement dur de l'étoile, et les jets sont maintenus par les champs magnétiques. Lorsque l'accrétion s'éteint et que la protection diminue, les rayons X et l'ultraviolet percent et déclenchent la photoévaporation — l'entraînement du gaz par la lumière. C'est ce processus qui donne naissance aux vents atomiques, érodant progressivement le disque. La fontaine cosmique bouillonne d'abord de jets denses, puis se transforme en une évaporation à peine perceptible, laissant derrière elle un système planétaire achevé.
Les mesures futures permettront d'estimer la masse emportée par les vents à chaque étape et de comparer ces pertes avec la théorie. Cela permettra de lire l'histoire complète des fontaines qui s'apaisent autour des jeunes étoiles — foyers de formation stellaire — et de la naissance de mondes semblables au nôtre.
Dans deux disques, IRAS 04385 et WSB 52, à la fois le jet et le vent moléculaire se sont révélés « rouges » – autrement dit, ils s’éloignent de nous. Cela indique une asymétrie intrinsèque du lancement, possible uniquement dans les modèles de magnétohydrodynamique non idéale, où l’effet Hall crée une dissymétrie.