L'une des énigmes de longue date qui tourmente les planétologues est la question de savoir pourquoi le silicium, l'un des éléments les plus abondants de tout l'univers, est pratiquement invisible dans les atmosphères des géantes gazeuses de notre système solaire, Jupiter et Saturne. Bien que toutes les théories aient suggéré sa présence, les preuves directes ont constamment échappé. Cependant, une étude récente, publiée la semaine dernière dans la prestigieuse revue Nature, jette une toute nouvelle lumière sur ce problème, et l'indice clé est venu d'une direction inattendue – d'un objet cosmique étrange que les astronomes ont judicieusement nommé « L'Accident » (The Accident) en raison de ses caractéristiques déroutantes.

Cet objet unique, analysé avec l'incroyable précision du télescope spatial James Webb de la NASA, a aidé les scientifiques à mieux comprendre la chimie cachée qui se déroule au plus profond des atmosphères non seulement de Jupiter et de Saturne, mais potentiellement aussi de milliers d'exoplanètes en orbite autour d'autres étoiles. La solution au mystère, semble-t-il, réside dans le passé lointain de l'univers et les conditions qui prévalaient au moment de la formation de ce corps céleste ancien.

Une Découverte Accidentelle qui Change Tout

« L'Accident » est en fait une naine brune, un objet fascinant qui se situe dans la « zone grise » entre les planètes et les étoiles. Il se compose d'une énorme boule de gaz, plus massive que les plus grandes planètes, mais pas assez massive pour déclencher dans son noyau le processus de fusion nucléaire qui donne leur éclat aux étoiles. Pourtant, même parmi ses pairs difficiles à classer, « L'Accident » se distingue. Il présente un mélange étonnant de caractéristiques physiques – certaines sont caractéristiques de très jeunes naines brunes, tandis que d'autres ne sont observées que chez des spécimens extrêmement anciens.

C'est précisément à cause de cette combinaison inhabituelle de propriétés que cet objet a réussi à échapper pendant des années aux méthodes de détection standard. Il n'a été découvert qu'il y a cinq ans, et non par un astronome professionnel, mais par un citoyen scientifique participant au projet Backyard Worlds: Planet 9. Ce programme permet à des volontaires du monde entier d'examiner de vastes quantités de données collectées par la mission désormais retraitée de la NASA, NEOWISE (Near-Earth Object Wide-field Infrared Survey Explorer), et de contribuer ainsi à de nouvelles découvertes scientifiques. « L'Accident » est si faible et si étrange que pour étudier son atmosphère, les scientifiques ont dû utiliser l'observatoire spatial le plus puissant que l'humanité possède – le télescope James Webb.

Le Regard de Webb au Cœur du Mystère

Les observations avec Webb ont apporté plusieurs surprises, mais l'une d'entre elles s'est particulièrement distinguée. Dans le spectre atmosphérique de « L'Accident », les scientifiques ont remarqué la signature claire d'une molécule qu'ils n'ont pas pu identifier au départ. Une analyse plus détaillée a révélé qu'il s'agissait de silane (SiH4), une simple molécule composée d'un atome de silicium et de quatre atomes d'hydrogène. Cette découverte a eu un grand retentissement au sein de la communauté scientifique, car les chercheurs supposaient depuis longtemps, sans jamais avoir pu le prouver, l'existence de silane dans les atmosphères des géantes gazeuses, tant dans notre système qu'au-delà. « L'Accident » est le premier objet de ce type dans lequel cette molécule a été identifiée sans équivoque.

Les scientifiques sont assez convaincus que le silicium existe dans les atmosphères de Jupiter et de Saturne, mais qu'il est habilement caché à nos instruments. La théorie dominante est que le silicium, en présence d'oxygène, se lie très facilement à lui pour former des oxydes de silicium, comme le quartz. Ces molécules lourdes servent ensuite de noyaux de condensation pour la formation de nuages de poussière de silicate, semblables aux tempêtes de sable sur Terre. Sur les géantes gazeuses plus froides, comme Jupiter et Saturne, ces lourds nuages de silicate s'enfoncent profondément dans l'atmosphère, sous les couches plus légères de nuages de vapeur d'eau et d'ammoniac. Ils y restent piégés, trop profondément pour être détectés même par les engins spatiaux qui ont étudié ces planètes de près. Bien que certains scientifiques aient émis l'hypothèse que des molécules plus légères comme le silane devraient rester dans les couches supérieures de l'atmosphère, comme des traces de farine sur la table d'un boulanger, elles n'avaient été trouvées nulle part jusqu'à présent. Le fait qu'elles ne soient apparues que dans une seule, et très inhabituelle, naine brune, suggère quelque chose de crucial sur les processus chimiques dans de tels environnements.

« Parfois, ce sont précisément les objets extrêmes dont nous avons besoin pour comprendre ce qui se passe dans les objets moyens », a déclaré Jackie Faherty, chercheuse au Musée américain d'histoire naturelle de New York et auteure principale de la nouvelle étude.

Une Machine à Remonter le Temps Cosmique

« L'Accident », situé à environ 50 années-lumière de la Terre, s'est probablement formé il y a 10 à 12 milliards d'années, ce qui en fait l'une des plus anciennes naines brunes jamais découvertes. Étant donné que l'univers a environ 13,8 milliards d'années, cet objet est une véritable relique cosmique, formée à une époque où le cosmos était un endroit très différent. À cette époque primitive, l'univers était presque exclusivement composé d'hydrogène et d'hélium, avec seulement des quantités infimes d'éléments plus lourds, y compris le silicium.

Des éléments comme le carbone, l'azote et, ce qui est crucial pour cette histoire, l'oxygène, ont été créés plus tard, dans les noyaux ardents des étoiles qui ont vécu et sont mortes au fil des éons. Par conséquent, les planètes et les étoiles qui se sont formées plus récemment possèdent des quantités nettement plus importantes de ces éléments. Les observations de Webb confirment précisément cette hypothèse : le silane peut se former dans les atmosphères des naines brunes et des planètes, mais son absence dans les objets plus jeunes suggère que, lorsque l'oxygène est disponible, il se lie au silicium avec une facilité et une efficacité exceptionnelles. Dans ce « tir à la corde » chimique, l'oxygène « dévore » pratiquement tout le silicium disponible, n'en laissant aucun pour se lier à l'hydrogène et former du silane.

Alors pourquoi le silane existe-t-il dans « L'Accident » ? Les auteurs de l'étude concluent que la raison en est l'âge même de cette naine brune. Au moment de sa formation, il y avait beaucoup moins d'oxygène dans l'univers. En raison de la pauvreté de l'atmosphère en oxygène, le silicium n'avait rien avec quoi former des oxydes lourds. Au lieu de cela, il s'est lié à l'élément le plus abondant de son environnement – l'hydrogène – ce qui a entraîné la formation du silane que Webb a maintenant réussi à détecter.

« Nous n'avons pas entrepris ces observations dans le but de résoudre le mystère de Jupiter et de Saturne », a déclaré Peter Eisenhardt du Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA, scientifique du projet pour la mission WISE. « Une naine brune est une boule de gaz comme une étoile, mais sans réacteur de fusion interne, elle se refroidit continuellement et possède une atmosphère similaire à celle des géantes gazeuses. Nous voulions découvrir pourquoi cette naine brune était si étrange, mais nous ne nous attendions pas au silane. L'univers ne cesse de nous surprendre. »

Une Fenêtre sur le Monde des Exoplanètes

L'étude des naines brunes est souvent plus facile que celle des exoplanètes gazeuses. La raison est simple : la lumière d'une planète lointaine est généralement complètement masquée par l'éclat de l'étoile autour de laquelle elle orbite. Les naines brunes, en revanche, voyagent souvent seules dans l'espace, ce qui permet une vue dégagée de leurs atmosphères. Les leçons tirées de l'étude de ces objets peuvent être appliquées à un large éventail de planètes, y compris celles situées en dehors de notre système solaire qui pourraient présenter des signes d'habitabilité.

Ce type de recherche fondamentale jette les bases de futures entreprises scientifiques encore plus ambitieuses. En analysant la diversité et la complexité des atmosphères planétaires, les scientifiques construisent une base de connaissances et affinent les outils qui seront un jour essentiels dans la recherche de la vie au-delà de la Terre. « Pour être clair, nous ne trouvons pas de vie sur les naines brunes », souligne Faherty. « Mais à un niveau supérieur, en étudiant toute cette diversité et cette complexité, nous préparons les scientifiques qui devront un jour faire ce genre d'analyse chimique pour des planètes rocheuses, potentiellement semblables à la Terre. Il ne s'agira peut-être pas spécifiquement de silicium, mais eux aussi recevront des données compliquées, déroutantes et qui ne correspondent pas aux modèles existants, tout comme nous aujourd'hui. Ils devront approfondir toutes ces complexités s'ils veulent répondre aux plus grandes questions. »