Source: The Conversation – France in French (2) – By Matthew Hopkins, Postdoctoral Fellow, University of Canterbury
Troisième objet interstellaire jamais détecté, 3I/Atlas ne ressemble à aucune comète du Système solaire. Sa composition et son âge exceptionnel en font un précieux témoin de la jeunesse de notre galaxie.
Des astronomes viennent de révéler de nouveaux détails sur la composition et l’âge d’une comète de passage, née autour d’une étoile lointaine. Ils concluent de leurs travaux que la composition de 3I/Atlas est radicalement différente de celle de tous les objets connus de notre Système solaire.
Trois études, publiées récemment et ici, apportent ainsi un nouvel éclairage sur les origines de cette comète hors du commun. 3I/Atlas semble s’être formée dans un environnement très froid, il y a environ 12 milliards d’années.
La comète est un objet interstellaire (interstellar object, ou ISO), c’est-à-dire un astéroïde ou une comète provenant de l’extérieur du Système solaire. Il s’agit du troisième objet de ce type jamais identifié, après 1I/ʻOumuamua et 2I/Borisov. Elle a été découverte il y a presque exactement un an, alors qu’elle arrivait de l’espace interstellaire sur une trajectoire traversant le Système solaire interne avant de s’en éloigner de nouveau.
Ces origines lointaines rendent les objets interstellaires particulièrement fascinants pour les astronomes, car ils constituent des fragments matériels d’autres systèmes planétaires, apportés jusqu’à nous par les courants gravitationnels de la galaxie et que nous pouvons étudier sans quitter le confort de notre propre Système solaire.
En tant que comète, 3I/Atlas contenait des glaces qui se sont sublimées, c’est-à-dire qu’elles sont passées directement de l’état solide à l’état gazeux. En se réchauffant sous l’effet du Soleil, ces gaz se sont échappés de la comète, donnant naissance à une spectaculaire chevelure (ou coma), l’enveloppe lumineuse qui entoure son noyau, ainsi qu’à une longue queue.
Une comète ne possède pas de source de lumière propre. La poussière présente dans sa chevelure réfléchit la lumière du Soleil, tandis que ses composés volatils (des substances qui se vaporisent ou se subliment facilement) émettent une fluorescence.
Mais il ne s’agit pas d’un simple spectacle lumineux : chaque molécule fluorescente laisse une empreinte spectrale dans la lumière qui parvient jusqu’à nos télescopes. Ces signatures permettent d’identifier les composés chimiques présents dans la comète.
Pour les révéler, les astronomes décomposent la lumière en ses différentes longueurs d’onde grâce à une technique appelée spectroscopie. Ils peuvent ainsi déterminer la composition chimique de la comète.
Un cocktail chimique inédit
Les observations ont révélé que 3I/Atlas renferme un mélange d’eau, de dioxyde et de monoxyde de carbone, de méthane, de cyanures, de sulfures, ainsi que d’atomes de fer et de nickel à l’état libre. Pris séparément, ces composés n’ont rien d’inhabituel : ils sont régulièrement détectés dans les comètes de notre propre Système solaire. En revanche, leurs proportions diffèrent nettement dans 3I/Atlas. Sa forte teneur en dioxyde de carbone (CO2) et sa faible abondance en ammoniac (NH3) trahissent son origine extérieure au Système solaire.
Les molécules constituées d’atomes appartenant à différents isotopes (des variantes d’un même élément chimique) présentent également des signatures spectrales légèrement différentes. Grâce à l’éclat de 3I/Atlas et à la puissance des plus grands télescopes, les astronomes ont pu distinguer ces signatures et mesurer les rapports isotopiques de la comète.
L’une des nouvelles études, publiée dans Nature, s’appuie sur les signatures spectrales de l’eau et du dioxyde de carbone mesurées par le télescope spatial James Webb pour déterminer le rapport entre les deux principaux isotopes du carbone, le 12C et le 13C, présents dans 3I/Atlas, ainsi que son rapport deutérium/hydrogène (D/H), le deutérium étant une forme lourde de l’hydrogène.
Ces résultats sont particulièrement enthousiasmants, car les rapports isotopiques d’un objet interstellaire comme 3I/Atlas sont censés refléter ceux du disque protoplanétaire dans lequel il s’est formé. Ils permettent donc de reconstituer avec une grande précision les conditions de sa formation, ainsi que les caractéristiques de l’étoile autour de laquelle il est né.
L’eau de 3I/Atlas présente un rapport deutérium/hydrogène (D/H) d’environ 1 %, soit une valeur nettement supérieure à celle mesurée dans toutes les comètes connues du Système solaire.
De telles concentrations en deutérium ne se rencontrent que dans des environnements extrêmement froids, où la température est inférieure à 30 kelvins (-243 °C). Dans ces conditions, les atomes d’hydrogène « ordinaires » sont progressivement remplacés par des atomes de deutérium, plus lourds, dans la glace d’eau qui recouvre de minuscules grains de poussière. Avec le temps, ces grains glacés s’agglomèrent pour former des comètes.
Une voyageuse venue des premiers âges de la galaxie
Le rapport 12C/13C de 3I/Atlas est lui aussi exceptionnel, bien supérieur à toutes les valeurs mesurées dans le Système solaire. Ce rapport isotopique fonctionne comme une véritable horloge cosmique. Au début de l’histoire de l’Univers, la première génération d’étoiles produisait un carbone très riche en 12C par rapport au 13C. Puis, au fil des cycles de naissance et de mort des étoiles, ce rapport a progressivement diminué. Si 3I/Atlas présente une valeur aussi élevée, c’est qu’elle s’est formée très tôt dans l’histoire de la Voie lactée, il y a environ 12 milliards d’années.
Des études menées peu après sa découverte avaient déjà suggéré que 3I/Atlas était probablement âgée d’au moins 7 milliards d’années, d’après sa vitesse. Son ancienneté est donc désormais étayée par plusieurs indices indépendants.
Si le ciel nocturne, au-delà des confins du Système solaire, peut sembler immuable, l’Univers comme notre galaxie évoluent bel et bien, à l’échelle de milliards d’années.
NASA
Lorsque 3I/Atlas s’est formée, l’Univers était encore dans sa prime jeunesse et la Voie lactée était encore en train de se construire, au gré de violentes collisions et fusions avec d’autres galaxies.
Si l’étoile autour de laquelle 3I/Atlas s’est formée avait une masse comparable à celle du Soleil, elle a probablement déjà achevé son existence. Les objets interstellaires qu’elle a éjectés peu après sa naissance, comme 3I/Atlas, lui ont ainsi survécu.
Au cours des dix prochaines années, de nouveaux télescopes de pointe dédiés à la découverte d’objets célestes, comme le NEO Surveyor de la NASA et l’observatoire Vera C. Rubin, au Chili, devraient multiplier par dix le nombre d’objets interstellaires connus. Cette moisson offrira aux astronomes une véritable archive fossile de l’évolution des systèmes planétaires tout au long de l’histoire de la Voie lactée.
Matthew Hopkins a reçu une bourse Elaine P. Snowden Fellow à l’université de Canterbury, en Nouvelle-Zélande.
– ref. 3I/Atlas, une comète venue d’une autre étoile qui ne ressemble à rien de connu dans le Système solaire – https://theconversation.com/3i-atlas-une-comete-venue-dune-autre-etoile-qui-ne-ressemble-a-rien-de-connu-dans-le-systeme-solaire-286883