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La majorité des comètes longues périodes seraient extrasolaires

Il y a quelque mois, un groupe de chercheurs a publié dans Science les résultats d’une simulation numérique intrigante. Selon elle, la majorité des comètes longues périodes issues du nuage d'Oort, comme Hale Bopp, ne se seraient pas formées dans le Système solaire.

La comète C/1995 O1 (Hale-Bopp) présente une période orbitale dépassant les 2.500 ans, c'est donc une comète à longue période. © Herman Mikuz, B. Kambic (Crni Vhr Observatory, Slovenie) La comète C/1995 O1 (Hale-Bopp) présente une période orbitale dépassant les 2.500 ans, c'est donc une comète à longue période. © Herman Mikuz, B. Kambic (Crni Vhr Observatory, Slovenie)

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La nature des comètes n’a commencé à être comprise qu’à partir des travaux de Newton et Halley. Tycho Brahe avait cependant déjà compris que les comètes étaient des astres évoluant entre les planètes, et non des phénomènes météorologiques. Mais il a fallu attendre le début des années 1950 pour que Fred Whipple propose son modèle de la « boule de neige sale ». De nos jours, les missions Stardust et Deep Impact (rebaptisée Epoxi) ont fourni des images spectaculaires des comètes Wild 2, Tempel 1 et Hartley 2.

Des modèles ont été développés, expliquant l’origine des comètes et la liant à celle du Système solaire. Ces modèles, basés aussi bien sur la cosmochimie que la mécanique céleste, tiennent compte des paramètres des orbites des comètes observées. S'il existe des comètes à courtes périodes, comme celle d’Encke qui revient tous les 3,3 ans, il en est d’autres dont la périodicité est supérieure à 200 ans. Dans les catalogues cométaires, ces astres à longues périodes possèdent un numéro précédé de la lettre C. Ainsi, la comète Hale-Bopp y est désignée par C/1995 O1.

Un réservoir de centaines de milliards de comètes

En 1950, l’astronome hollandais Jan Hendrik Oort a publié le résultat de ses travaux sur les comètes à longues périodes dans un article qui fut l’acte de naissance de la découverte de ce que l’on nomme maintenant le nuage de Oort.

Dans cet article, Oort se basait sur le fait que les orbites des comètes à longues périodes connues en 1950 avaient leurs aphélies à des distances de l'ordre de 20.000 à 100.000 unités astronomiques (UA) du Soleil. Il en concluait qu'il existait, entre ces distances du Soleil, un ensemble de comètes tournant sur des orbites grossièrement circulaires. Les inclinaisons de leurs orbites étant quelconques, ce réservoir de comètes devait présenter une symétrie sphérique.

Jan Oort. © Jan Oort
Jan Oort. © Jan Oort

Une année-lumière correspond environ à 60.000 UA. Les étoiles les plus proches sont à un peu plus de 4 AL, donc à 250.000 UA. Cela signifiait que certaines comètes se promenaient à une distance du Soleil de l'ordre de grandeur de la distance entre les étoiles. Un calcul simple montrant que la vitesse orbitale, à cette distance, est de quelques mètres par seconde seulement, alors que la vitesse des étoiles proches par rapport au Soleil est de l'ordre de 20 km/s, il fallait en conclure que les comètes du réservoir du nuage de Oort devaient être particulièrement sensibles aux perturbations gravitationnelles des autres étoiles proches. Au cours de ses pérégrinations autour de la Voie lactée, notre Soleil devait se rapprocher suffisamment des autres étoiles pour que des comètes de ce nuage changent d’orbite pour se diriger vers le Système solaire interne, sous l'effet de ces perturbations.

Une genèse problématique
D’après les modèles de formation du Système solaire, on en avait déduit que ces comètes étaient des vestiges des stades précoces de cette formation et qu’elles avaient en fait été éjectées sur des orbites longues par l’influence des planètes géantes, en particulier Jupiter. Chaque comète était donc un fossile contenant la matière primitive du disque protoplanétaire, mise ainsi au frigo pour des milliards d’années.

D’après une simulation numérique conduite il y a quelque temps par Harold Levison et ses collègues, exposée tout récemment dans un séminaire, c’est une tout autre image du nuage de Oort qu’il faut désormais avoir.

 
Des comètes (points verts et bleus) se déplacent au hasard dans un jeune amas d'étoiles (orange et rouge) au début de cette simulation sur ordinateur. Lorsque des explosions de supernovae et de forts vents stellaires dissipent l'amas ouvert, les comètes (en bleu) se déplaçant dans la même direction que l'étoile rouge vont devenir membres du nuage d'Oort de cette étoile. © Harold Levison

En effet, si les comètes du nuage d’Oort sont bien des corps célestes éjectés sur des orbites longues périodes, mais s’étant formés relativement proche du Soleil, les simulations conduisent à estimer que le nuage ne pourrait contenir que quelques milliards de ces objets. Cette estimation se révèle très insuffisante pour rendre compte des observations qui conduisent à un nombre de plusieurs centaines de milliards de telles comètes. En revanche, si l’on tient compte du fait que notre Soleil s’est formé avec beaucoup d’autres étoiles dans un amas ouvert, par fragmentation d’un nuage de poussières et de gaz, alors le désaccord entre théorie et observations peut être éliminé. Ainsi, le Soleil aurait volé des comètes aux autres systèmes planétaires évoluant en formation parallèlement avec lui.

Cette conclusion stupéfiante ouvre également de nouvelles perspectives pour l’exobiologie et l’étude de la formation des exoplanètes, puisqu'on disposerait d’un moyen d’échantillonner directement la matière primitive d’autres systèmes planétaires. Si ces simulations étaient bel et bien le reflet de la réalité, qui sait leurs implications pour la panspermie et les origines de la vie ?


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