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Comment se forment les systèmes solaires

Les scientifiques ont une idée assez précise de la façon dont le Système solaire s'est formé il y a 4,6 milliards d'années. On ne peut pas voyager dans le temps, alors comment les astronomes peuvent-ils savoir ce qui se passait à ce moment-là?

Dans l'Univers, il y a bien d'autres systèmes solaires à part le nôtre, et certains sont très jeunes et en formation. En étudiant ces étoiles et planètes naissantes, on peut en apprendre beaucoup sur notre passé. C'est précisément ce que les astronomes pourront faire grâce à un mode très particulier de l'instrument canadien NIRISS embarqué sur le télescope spatial James Webb.

Étude des planètes en formation

La création du Système solaire remonte à environ 4,6 milliards d'années. Un gigantesque nuage de gaz et de poussière s'est effondré sur lui-même sous l'effet de forces physiques et a formé un disque protoplanétaire – une très vaste zone propice à la formation de planètes.

Notre étoile, le Soleil, s'est formée au centre. Dans le disque protoplanétaire, la matière s'est agglutinée ici et là jusqu'à former les planètes au fil du temps, dont la Terre.

Image d'une planète en formation dans le disque protoplanétaire de l'étoile PDS 70 acquise par l'instrument SPHERE sur le Very Large Telescope au Chili. (Source : ESO/A. Müller et coll.)

On sait que notre galaxie, la Voie lactée, contient des centaines de milliards d'autres étoiles à part le Soleil, et qu'elles se trouvent toutes à des stades différents de leur évolution. Certaines sont au milieu de leur vie, comme le Soleil. D'autres en sont au début : on peut les observer alors qu'elles sont encore entourées de leur disque protoplanétaire. Il peut être assez difficile de trouver ces étoiles avec leur disque parce que cette étape de la vie d'un système solaire ne dure pas plus de 10 ou 20 millions d'années. C'est très court dans la vie d'une étoile, qui peut durer des milliards d'années.

Dans ces systèmes, on peut voir non seulement les étoiles et le disque de poussière qui les entoure, mais aussi, parfois, des exoplanètes au moment de leur naissance. L'étude de ces très jeunes exoplanètes peut nous en apprendre beaucoup sur la formation des divers types de planètes.

Imagerie des disques protoplanétaires

Cette image réelle du disque protoplanétaire de l'étoile HL Tauri a été prise par l'Atacama Large Millimeter Array (ALMA) grâce à la technique de l'interférométrie. (Source : ALMA.)

Les télescopes ont capté de très belles images de galaxies et de nébuleuses. Malheureusement, il est bien plus difficile de photographier une planète ou un système solaire, car ils sont beaucoup plus petits et plus difficiles à observer. La grande majorité des images d'exoplanètes publiées sur le Web sont des vues d'artiste plutôt que des images réelles.

Il est possible de prendre une image réelle d'un système exoplanétaire ou d'un disque protoplanétaire. L'une des techniques pour y parvenir est appelée interférométrie. Cette technique utilise le fait que les ondes lumineuses provenant d'un objet distant, comme une étoile, peuvent se superposer : les motifs de l'interférence sont analysés par les scientifiques.

Grâce à ces motifs, les chercheurs peuvent prendre des images d'objets très proches les uns des autres qu'il serait autrement impossible de voir correctement avec une caméra normale. Cette même technique a été utilisée par l'Event Horizon Telescope Collaboration pour prendre la toute première image d'un trou noir en .

L'instrument canadien du télescope James Webb

Le télescope spatial James Webb devrait révolutionner notre compréhension de l'Univers grâce à un détecteur de guidage de précision et un instrument de fabrication canadienne. (Source : Agence spatiale canadienne/NASA/Northrop Grumman/ESA.)

L'imageur et spectrographe sans fente dans le proche infrarouge (NIRISS) est l'une des contributions du Canada au télescope spatial James Webb. Cet instrument scientifique est doté notamment d'un mode d'observation spécial : l'interférométrie à masquage d'ouverture. Ce mode vise à permettre à l'instrument NIRISS de photographier des objets difficiles à observer, comme les disques protoplanétaires.

Grâce à participation du Canada à la mission du télescope Webb, les astronomes canadiens auront accès à 450 heures de temps d'observation en temps garanti au cours des premières années de la mission. L'un des programmes canadiens d'observation en temps garanti fera appel au mode d'interférométrie à masquage d'ouverture de l'instrument NIRISS pour étudier et imager des planètes en formation dans le disque protoplanétaire de jeunes étoiles. Doron Blakely, étudiant diplômé à l'Université de Victoria, se servira de ces observations pour la rédaction de sa thèse.

Dirigé par Doug Johnstone, agent de recherche principal au Centre de recherche Herzberg en astronomie et en astrophysique du Conseil national de recherches du Canada, ce programme permettra aux astronomes de vérifier des théories sur la formation des planètes à l'aide des observations minutieuses effectuées avec le télescope.

Fruit d'une collaboration internationale entre la NASA, l'Agence spatiale européenne et l'Agence spatiale canadienne, le télescope spatial James Webb est l'observatoire spatial le plus complexe et le plus puissant jamais construit. Le Canada a fourni deux éléments essentiels au télescope Webb : le détecteur de guidage de précision (FGS) et l'imageur et spectrographe sans fente dans le proche infrarouge (NIRISS).

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