formation de planétésimaux

Les astronomes capturent les planètes lointaines en observant le tremblement de leurs étoiles : un compagnon invisible tire l'étoile tantôt vers nous, tantôt nous la fuyons, et sa lumière change légèrement de teinte. Mais ce tremblement ne révèle que la moitié de la vérité.

À la surface de la Lune et des astéroïdes, on rencontre des creux plus petits qu'une tête d'épingle, mais avec des bords brillants et fondus. Ces traces sont laissées par de minuscules météorites, mais la vitesse exacte d'impact nécessaire pour produire la fusion restait incertaine.

Dans les froides profondeurs de l'espace flottent des pierres plus anciennes que la Terre elle-même. À l'intérieur de certaines se cachent de minuscules billes de verre : les chondres. Elles se sont formées lorsque le disque de gaz et de poussière tourbillonnait encore autour du jeune Soleil.

La naissance d'une lune est un accident cosmique. Deux jeunes planètes entrent en collision, et un nuage de débris incandescents se met à tourbillonner autour du monde survivant. De ce disque, comme de l'argile sur un tour de potier, un satellite se façonne avec le temps. C'est probablement ainsi qu'est née notre Lune.

Autour d'une étoile qui vient de s'allumer, un tourbillon de poussière et de gaz tournoie. Ce tourbillon — le disque protoplanétaire — grandit en absorbant la matière du nuage environnant.

Le bord du projecteur. Dès qu'on masque l'éclat aveuglant de l'étoile centrale, un théâtre d'ombres apparaît. Le coronographe de James Webb, tel un rideau épais, a occulté l'étoile TW Hydrae – et sur une scène de 120 unités astronomiques (quatre fois la distance jusqu'à Neptune), son disque d'accrétion entre en jeu.

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.

Autour de certaines jeunes étoiles, où la formation stellaire vient tout juste de s'achever, ne tournent pas de simples anneaux de poussière, mais de véritables champs de bataille planétaires : les disques de débris extrêmes.

Lorsqu'une planète géante se forme, elle attire du gaz. Une partie de ce gaz s'enroule autour d'elle en un petit disque — appelé disque circumplanétaire. C'est dans de tels disques que, selon les théories, naissent les satellites.

À deux millions d'années-lumière de nous, autour de la jeune étoile CI Tau, tourbillonne un disque de gaz et de poussière — un berceau protoplanétaire.

L'espace est parcouru de champs magnétiques. On en trouve autour des galaxies, des étoiles, et même dans les vides cosmiques (les immenses espaces vides entre les amas de galaxies). On considère généralement que ces champs sont amplifiés à partir de champs « germes » faibles grâce à la turbulence, un peu comme une dynamo.

La naissance des planètes évoque le travail d'une forge céleste. Des blocs de roche se percutent et fusionnent. L'impact violent fait jaillir une étincelle : la matière chauffe à blanc et brille comme un métal en refroidissement.

La jeune Terre était une boule bouillante de roche liquide, tandis que Théia, qui l'a percutée, avait eu le temps de refroidir et de se solidifier.

Au centre d'une galaxie lointaine, un trou noir supermassif est entouré d'un disque plat en rotation composé de gaz et de poussière — un gigantesque entonnoir de matière cosmique. Dans ce disque peut se trouver un petit objet compact, par exemple un autre trou noir de masse stellaire.

Une épaisse soupe refroidit lentement dans une casserole. Soudain, le feu en dessous s'embrase, et la soupe se met à bouillonner, se décomposant en une multitude de petits tourbillons.

Dans la construction du Système solaire, comme dans un menu de dégustation gastronomique, la recette n'est pas toujours fixée à l'avance — parfois, le dernier ingrédient est ajouté alors que le plat est déjà sur le feu.

Quand un télescope capte la lumière d'une naine blanche lointaine, le spectrographe y décèle parfois des éléments lourds — calcium, fer, magnésium. Ces métaux n'ont pas pu rester dans la fine atmosphère du vestige stellaire ; ils sont la trace de débris planétaires récemment tombés.

Au cœur de la nébuleuse de l'Aigle, à environ 7000 années-lumière de nous, se dressent trois colonnes géantes de gaz et de poussière – les Piliers de la Création. Leur forme est familière à beaucoup grâce aux images du télescope Hubble.

La comptabilité cosmique a déraillé. Le comptable fait le bilan : dans une colonne, toutes les planètes que les astronomes ont recensées dans la Galaxie ; dans l'autre, les réserves de matériaux de construction dans les cocons de poussière des étoiles nouveau-nées. Les chiffres ne collent pas.

Une étoile massive s'effondre et naît un trou noir entouré d'un disque de plasma surchauffé. Pour que des jets étroits s'échappent de ce disque, il faut un champ magnétique ordonné. Mais à l'intérieur de l'étoile, il est enchevêtré.

Un immense disque de gaz et de poussière en rotation entoure une jeune étoile. Dans cette « maternité » planétaire, on observe souvent des anneaux et des espaces vides, comme si une charrue invisible avait tracé des sillons. On les attribue généralement à des planètes déjà formées qui, par leur gravité, dégagent des pistes.

Après le Big Bang, l'Univers ressemblait à un ballon bien gonflé : la pression empêchait la matière de s'agglutiner. Mais des particules super-lourdes hypothétiques — de véritables « poids lourds » du monde subatomique — rendaient le ballon moins rigide un instant.

Une jeune étoile est entourée d'un disque plat en rotation de gaz et de poussière — comme une pâte à pizza qu'on fait tourner. C'est à l'intérieur de ce disque que naissent les planètes.

Dans un disque de gaz et de poussière autour d'une jeune étoile, les particules de poussière se comportent comme des grains de sable dans un courant d'eau : le gaz s'écoule plus vite, la poussière reste en arrière, et une friction apparaît entre eux. Cette friction peut faire osciller les ondes magnétiques qui parcourent le disque.

Les jeunes systèmes planétaires ressemblent à un orchestre qui vient de commencer une répétition : tous les musiciens s'efforcent de jouer au même rythme.

Autour des jeunes étoiles tourbillonnent des disques de gaz et de poussière — le matériau de construction des futures planètes. À l'intérieur de ces disques, les grains de poussière ne volent pas au hasard : ils s'alignent le long de lignes invisibles où le gaz s'écoule.

Dans les confins froids du système solaire, l'eau est considérée comme le principal matériau de construction des glaces. Mais chez certaines comètes et certains corps glacés lointains, le rapport entre le monoxyde de carbone (CO) et l'eau est anormalement élevé — comme si une glace contenait soudain trop de sirop. D'où vient ce déséquilibre ?

Les planètes naissent de la poussière. Dans le disque qui entoure une jeune étoile, d'infimes grains de poussière se heurtent, s'agglutinent et grossissent peu à peu, comme une boule de neige qui dévale une pente.

Dans le disque protoplanétaire – le nuage de gaz et de poussière qui entoure une jeune étoile – les grains de poussière ne se contentent pas de tourner en rond. Ils sont entraînés par le flux de gaz, comme le sable par le vent, et ils modifient eux-mêmes ce flux.

Les grains de poussière dans le disque autour d'une jeune étoile s'agglutinent, grossissent et deviendront un jour des planètes. Mais pour savoir combien de matière première pour les planètes se trouve dans chaque disque, il faut mesurer sa masse et sa taille. On ne peut pas peser directement un nuage lointain — il faut se fier au rayonnement de la poussière.

La pâte monte plus vite si elle contient déjà de la levure. De la même manière, les galaxies ont peut-être pu se former plus rapidement si des trous noirs s'y trouvaient déjà.

Le jeune système solaire ressemblait à un immense chantier : autour du Soleil nouveau-né tourbillonnait un disque de gaz et de poussière, et de cette poussière se sont peu à peu agrégés des cailloux, des blocs, puis des embryons de planètes — les planétésimaux.

Il y a 4 milliards d'années, la jeune Terre était impitoyablement bombardée de météorites, laissant des cratères en forme d'entonnoirs. Les pluies les remplissaient d'eau, formant des mares peu profondes où s'accumulaient des bulles graisseuses.

Une jeune planète dans un disque de gaz ressemble à un nageur qui tente de remonter un courant : le frottement contre le gaz la freine et elle se rapproche de l'étoile en spirale. Pour les petites planètes rocheuses, une telle chute peut prendre moins de temps que celui nécessaire à leur croissance.

Le corps glacé Arrokoth ressemble à un bonhomme de neige : deux sphères pressées l'une contre l'autre. De tels objets à deux têtes sont nombreux au-delà de l'orbite de Neptune, dans la ceinture de Kuiper. On a longtemps pensé qu'ils naissaient de la collision lente de deux corps distincts. Une nouvelle modélisation révèle une autre voie.

La jeune étoile PDS 66 est entourée d'un disque plat de gaz et de poussière — le berceau de futures planètes.

La poussière autour de la jeune étoile CVSO 1942 s'est allumée comme une ampoule qu'on met en pleine puissance.

La météorite de Murchison, tombée en Australie en 1969, renferme des poussières plus anciennes que le Système solaire. Parmi elles, de minuscules grains de graphite, plus petits qu'un millième de millimètre.

Autour des jeunes étoiles, de vastes nuages plats de gaz et de poussière tourbillonnent – c'est de là que naissent les planètes. Pour que la matière d'un tel disque s'agglomère en grumeaux, elle doit être constamment mélangée. Mais qu'est-ce qui agite le gaz de manière chaotique alors qu'il est calme par nature ?

Autour d'une jeune étoile tourne une galette plate de gaz et de poussière — le futur matériau des planètes. L'étoile la chauffe avec son ultraviolet, et le gaz de la surface du disque s'échappe dans l'espace, comme l'eau d'une flaque sous le soleil.