Ces comètes autour d’une jeune étoile pourraient révéler comment l’eau est arrivée sur Terre

Si l'eau est omniprésente sur Terre, son origine reste encore discutée. Une partie pourrait avoir été incorporée aux matériaux qui ont formé notre Planète, tandis que des corps riches en eau ont probablement aussi contribué à alimenter les régions internes du jeune Système solaire. Parmi eux, les comètes sont des candidates potentielles, même si leur rôle exact demeure débattu.

Nouveau rebondissement dans les mystérieuses origines de l’eau sur Terre

Hubert Reeves avait pour habitude de dire que nous sommes des poussières d'étoiles, mais cela ne nous donne pas automatiquement une explication sur l'origine de l'eau des océans sur Terre et ceux de possibles exoTerres. Plusieurs hypothèses ont été proposées ces dernières décennies à ce sujet et le débat a toujours été marqué par des rebondissements. Un autre se produit en ce moment sous nos yeux avec le travail de chercheurs de l'Observatoire de Paris et de l'Institut de physique du Globe de Paris.... Lire la suite

Pour comprendre comment de l'eau peut atteindre les régions où se forment les planètes rocheuses, les astronomes peuvent se tourner vers des systèmes beaucoup plus jeunes que le nôtre. À environ 370 années-lumière, PDS 70 offre justement un aperçu rare de cette période.

De l’eau là où elle ne devrait pas être

PDS 70 est une jeune étoile âgée d'environ 5 millions d'années, encore entourée d'un disque de gaz et de poussières, située dans la constellation du Centaure. Deux planètes géantes, PDS 70 b et PDS 70 c, y ont déjà été détectées, et leur présence a notamment contribué à creuser une vaste cavité dans le disque protoplanétaire.

Mais une découverte réalisée grâce au télescope spatial James-Webb rend ce système encore plus intrigant : de la vapeur d'eau est présente dans sa région interne, à seulement quelques centièmes de la distance qui sépare la Terre du Soleil. Cette présence est surprenante car à cette distance de l'étoile, l'environnement est extrêmement chaud, avec une température de plus de 300 °C. La glace ne peut donc pas y subsister, et il faut donc comprendre comment de l'eau, ou des matériaux capables d'en libérer, peuvent parvenir jusque-là avant de se retrouver sous forme gazeuse.

Le système PDS 70, situé à environ 370 années-lumière, présente une vaste cavité dans son disque protoplanétaire. En 2018, le Very Large Telescope de l’Observatoire européen austral a fourni la première image directe d’une planète en formation autour de l’étoile, visible sous la forme d’un point lumineux à droite du centre. Une seconde planète a depuis été détectée. L’étoile centrale apparaît noire car sa lumière est masquée par un coronographe. © ESO, André Müller

Une équipe de chercheurs s'est penchée sur cette question en réexaminant des observations spectroscopiques de PDS 70 obtenues avec Harps, un instrument de l'Observatoire européen austral, en étudiant notamment les raies d'absorption du sodium. Lorsqu'un nuage de gaz passe devant une étoile, certains éléments absorbent des longueurs d'onde précises de sa lumière. Ces signatures permettent notamment de mesurer la vitesse du gaz grâce à l'effet Doppler. Ici, les observations de PDS 70 révèlent des signatures qui apparaissent et disparaissent rapidement, avec des vitesses variables. Leur comportement est difficile à expliquer par un simple vent provenant du disque.

Première image d'une protoplanète saisie par le VLT

Une protoplanète est en train de se former autour d’une jeune étoile, à 370 années-lumière de la Terre. Et, grande première, l’instrument Sphere, qui équipe le télescope géant VLT, au Chili, a réussi à en fournir des images, en juillet 2018. Elles montrent la planète creusant un sillon dans un nuage de gaz et de poussière. Des images d’artiste, illustrant ce que pourrait être sa surface, ont été ajoutées.... Lire la suite

Les chercheurs proposent alors une hypothèse plus étonnante : ces signatures pourraient être produites par des corps plongeant vers l'étoile et se désagrégeant sous l'effet de la chaleur ; autrement dit, de potentielles exocomètes. Ils présentent leurs résultats dans la revue Nature. 

Lorsqu'un petit corps riche en glaces s'approche suffisamment de son étoile, ses matériaux volatils se subliment et forment autour de lui un nuage de gaz. Celui-ci peut alors laisser une empreinte dans le spectre de l'étoile. De nouvelles observations réalisées en 2026 montrent que des signatures gazeuses variables sont toujours présentes autour de PDS 70, apportant des indices supplémentaires en faveur de cette interprétation. Il ne s'agit toutefois pas d'une observation directe de comètes : leur existence est déduite du comportement du gaz.

Des planètes capables de catapulter les comètes

Une question demeure : comment ces petits corps pourraient-ils se retrouver sur des trajectoires qui les conduisent aussi près de leur étoile ? Pour le savoir, l'équipe de chercheurs a réalisé des simulations numériques afin de suivre l'évolution de petits corps dans le système.

Leurs calculs montrent que les interactions gravitationnelles avec les deux planètes géantes peuvent fortement modifier les orbites des planétésimaux présents dans les régions externes du disque. Certains peuvent ainsi être placés sur des trajectoires très excentriques et effectuer de longues orbites qui les ramènent très près de leur étoile.

Les planètes géantes pourraient donc jouer le rôle de « catapultes gravitationnelles ». En perturbant l'orbite de petits corps, elles peuvent les redistribuer à travers le système et envoyer certains d'entre eux vers sa région interne. Ce mécanisme permettrait ainsi de transporter de la matière depuis les régions froides, où les glaces peuvent se conserver, jusqu'aux zones beaucoup plus chaudes proches de l'étoile.

Schéma du système PDS 70, avec ses deux protoplanètes, PDS 70 b et PDS 70 c (grossies 200 fois), et ses disques interne et externe. De la vapeur d’eau est présente dans les régions les plus internes du disque, jusqu’à 0,05 unité astronomique de l’étoile. Les chercheurs proposent qu’elle provienne de l’évaporation d’exocomètes issues du disque externe. © Perotti et al., 2023, Novais et al., 2026

Ce scénario fait écho à ce qui a pu se produire dans notre propre Système solaire. Au cours de sa formation, les interactions gravitationnelles avec les planètes géantes ont profondément remodelé les orbites des petits corps. Certains ont été éjectés vers les confins du système, tandis que d'autres ont pu être envoyés vers les régions internes.

Des astéroïdes et des comètes riches en eau ont ainsi pu contribuer à alimenter la jeune Terre. Mais PDS 70 ne permet pas de conclure que les comètes sont responsables de l'ensemble de l'eau présente aujourd'hui sur notre Planète. Les signatures isotopiques montrent notamment que toutes les comètes ne ressemblent pas à l'eau terrestre, tandis que les astéroïdes et d'autres matériaux primitifs ayant formé la Terre pourraient eux aussi avoir joué un rôle majeur.

PDS 70 ne résout donc pas le mystère de l'origine de nos océans. Le système offre en revanche une occasion rare d'observer les mécanismes de redistribution de matière à l'œuvre pendant la formation des planètes. Si les signatures détectées correspondent bien à des exocomètes, elles pourraient montrer comment des petits corps glacés sont capables de voyager des régions froides vers les zones internes d'un jeune système planétaire : un processus qui pourrait avoir contribué, il y a plus de 4 milliards d'années, à façonner notre propre monde.