La découverte récente de six nouvelles exocomètes semble confirmer l'idée que ces corps célestes seraient aussi communs que les exoplanètes. © Nasa, Fuse, Lynette Cook
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Des exocomètes s'évaporeraient sous le regard d'Alma

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[EN VIDÉO] Ison, la comète passée trop près du Soleil  Fin novembre 2013, les astronomes étaient mobilisés pour suivre la comète Ison, repérée en 2012 et qui s’apprêtait à passer à environ un million de kilomètres du Soleil. Formée il y a 4,5 milliards d’années, elle est le témoin de la naissance du Système solaire et son comportement dans la chaleur et la gravitation solaire allait renseigner sur sa composition. 

Les instruments modernes comme le réseau de radiotélescopes Alma nous permettent d'étudier des disques planétaires où sont en train de se former des exoplanètes, ce qui permet en quelque sorte d'assister à la naissance du Système solaire en direct. Des signes de la présence de nombreuses exocomètes y sont détectés depuis des années et tout dernièrement autour d'une jeune étoile dite de classe III.

Combien donneraient Descartes, Newton, Halley, Kant et Laplace pour prendre connaissance des immenses progrès accomplis dans la compréhension de la formation du Système solaire et dans l'exploration du monde des comètes et des exoplanètes ? Nous ne le saurons jamais mais les avancées aujourd'hui réalisées dans ces domaines sont les fruits de leur héritage scientifique et philosophique. Des siècles de progrès par étape selon la méthode cartésienne nous permettent maintenant, non seulement de produire sur ordinateur des simulations numériques de la naissance des planètes et des comètes, mais aussi de construire les instruments qui les confirment par des observations.

On en voit une nouvelle preuve aujourd'hui avec les analyses des données fournies par le réseau de radiotélescopes de l’Atacama Large Millimetre/submillimetre Array (Alma) au Chili. Elles concernent un astre jeune, en évolution, qui est à la frontière entre les proto-étoiles et les étoiles sur la séquence principale. Plus précisément, c'est  un jeune objet stellaire (JOS) de classe III qui va bientôt rejoindre cette séquence en allumant ses réactions thermonucléaires, qu'elle soit de type proton-proton ou CNO, et, dans le cas présent, il s'appelle NO Lup. L'étape de son évolution sur ce que les astrophysiciens appellent la pré-séquence principale occupe moins de 1 % de la durée de vie d'un tel astre alors que, par contraste, il passera environ 80 % de son existence dans la séquence principale.

Dans la zone de formation stellaire Lupus 3 nichée au cœur de la constellation du Scorpion, naissent d’étincelantes étoiles chaudes à partir de l’effondrement de masses de gaz et de poussière. Sur ce podcast de courte durée figure un nouveau cliché de ce spectaculaire objet, constitué à partir d’images acquises par le Télescope de Sondage du VLT et le télescope MPG/ESO de 2,2 mètres à l’Observatoire de La Silla de l’ESO, au Chili. Il s’agit de l’image la plus détaillée à ce jour de cette région du ciel. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © ESO

NO Lup fait donc partie des étoiles de type T-Tauri que l'on peut voir dans le cas présent dans l'un des nuages du Loup, des nuages moléculaires comme celui de la région de formation d'étoiles Lupus 3 qui se situe dans la constellation du Scorpion, à quelque 600 années-lumière du Soleil. Alma avait été utilisé pour étudier ce type de jeunes étoiles possédant encore ou non un disque protoplanétaire où se forment planètes et comètes et, plus précisément donc dans les nuages du loup, les étoiles de classe III entourées de disques de débris, que l'on pense être formés par des collisions en cours de comètes, d'astéroïdes et d'autres objets solides, connus sous le nom de planétésimaux.

Or, dans le cas de NO Lup, il est possible que l'on observe indirectement de nombreuses exocomètes dont la glace se sublimerait en approchant de leur étoile hôte. En effet, Alma voit un rayonnement produit par un flot de molécules de monoxyde carbone (CO) émis par cette étoile un peu moins massive que le Soleil (70 %) et entourée d'un disque poussiéreux de faible masse.

Des transitions mal comprises entre disques protoplanétaires et disques de débris

Jusqu'à présent, un tel phénomène n'avait pas encore été découvert pour des étoiles de classe III et les cosmogonistes n'en étaient guère surpris car ces étoiles et leurs disques sont censés être suffisamment évolués pour que leur disque protoplanétaire ait largement perdu sa composante gazeuse pour ne plus laisser justement qu'un disque de débris pour l'essentiel.

Une vue d'artiste d'exocomètes autour de leur étoile hôte. © European Southern Observatory (ESO)

La transition entre les deux types de disques n'est pas bien comprise mais on pense qu'elle implique une compétition entre une partie du reste de gaz qui est accrétée sur l'étoile achevant sa formation et l'autre partie qui est expulsée car entraînée par des vents associés à des processus magnéto-hydrodynamiques (MHD) ou de photo-évaporation par le souffle du rayonnement des étoiles. De fait, les étoiles de classe III sont celles situées dans des régions de formation d'étoiles pour lesquelles l'émission infrarouge montre une absence de poussières chaudes, suggérant que les disques protoplanétaires se sont récemment dispersés ou en train de se disperser. 

Ainsi, comme l'explique dans un communiqué de l'Institut d'astronomie de Cambridge l'auteur principal des articles exposant les découvertes d'Alma, Joshua Lovell : « Le simple fait de détecter du monoxyde de carbone était passionnant car aucune autre jeune étoile de ce type n'avait été imagée auparavant par Alma. Mais, quand nous avons regardé de plus près, nous avons trouvé quelque chose d'encore plus inhabituel : étant donné la distance entre le gaz et l'étoile, il se déplaçait beaucoup plus vite que prévu. Cela nous a laissés perplexes pendant un certain temps ».

En cherchant à mieux comprendre ce qu'ils voyaient, les astrophysiciens sont arrivés à leur fin en postulant l'existence d'une sorte d'anneau de gaz autour de l'étoile centrale dont la matière est éjectée. Cet anneau serait alimenté soit par les gaz relâchés à l'occasion de collision entre astéroïdes ou par la sublimation de la surface d'une importante population d'excomètes.

Ces hypothèses restent à confirmer et il faudra collecter des données supplémentaires avec Alma pour cela.

Pour en savoir plus

Les exocomètes seraient aussi communes que les exoplanètes

Article de Jean-Baptiste Feldmann publié le 15/01/2013

Moins médiatisée que la détection des exoplanètes, la recherche d'exocomètes est un moyen de mieux comprendre la formation des systèmes planétaires, en quelque sorte le chaînon manquant entre les disques de poussière et les planètes. De récentes études révèlent que les exocomètes seraient très répandues.

Les comètes fascinent les hommes depuis toujours, tant elles sont belles et imprévisibles, sans oublier le rôle qu'elles ont pu jouer dans l'apparition des océans terrestres, comme l'a montré l'étude de la comète Hartley 2 lors de son passage rapproché en 2010. On se souvient du récent spectacle qu'avait offert la comète Lovejoy, et désormais les astronomes n'ont d'yeux que pour la comète Ison qui pourrait bien illuminer le ciel à la fin de cette année.

Depuis quelques décennies et la recherche d'exoplanètes, on s'est posé la question de savoir s'il existait des exocomètes. L'étude des disques de poussières autour de certaines étoiles a apporté les premières réponses : le télescope spatial Herschel a par exemple montré que le disque de poussière autour de l'étoile Bêta Pictoris contenait une petite proportion d'olivines riches en magnésium, sans doute les produits de collisions entre comètes. D'autre part, l'observation de disques de débris autour de certaines étoiles ne peut s'expliquer que par la présence de très nombreuses comètes ; c'est le cas par exemple pour Fomalhaut et 49 Ceti. Dernièrement, l'observatoire de Paris a annoncé la découverte d'une ceinture de comètes autour du système planétaire de la naine rouge GJ581.

Pour découvrir des exocomètes, les astronomes ont utilisé le spectrographe installé sur le télescope de 2,1 m de l'observatoire McDonald, au Texas. Objectif : détecter les raies d'absorption des gaz cométaires dans le spectre des étoiles étudiées. © Observatoire McDonald

Voir les exocomètes, un nouveau défi

Restait à détecter directement la présence de ces exocomètes, tâche délicate quand on sait que ces corps ne dépassent pas quelques kilomètres de diamètre. Heureusement ces astres ont la bonne idée de dégazer en s'approchant de leur étoile (comme le font nos comètes en s'approchant du Soleil) et il devient alors théoriquement possible de déceler les raies d'absorption de ces gaz dans le spectre de l'étoile, une méthode qui avait permis de détecter jusqu'à présent quatre exocomètes. Une équipe d'astronomes des universités de Californie et de Pennsylvanie vient d'annoncer au 221e congrès de l'American Astronomical Society (qui s'est déroulé du 6 au 10 janvier à Long Beach) la découverte de six nouvelles exocomètes en orbite autour d'étoiles jeunes et lointaines. Ces dernières répondent aux doux noms de 49 Ceti, 5 Vulpeculae, 2 Andromède, HD 21620, HD 42111 et HD 110411. Les exocomètes ont toutes été découvertes à l'aide du spectrographe à haute résolution qui équipe le télescope de 2,1 m de l'observatoire McDonald au Texas.

L'idée de cette recherche est venue voici un an à Barry Welsh du laboratoire des sciences spatiales à Berkeley. « Les astronomes ne s'intéressent pas beaucoup aux exocomètes. Je me suis dit que quatre exocomètes détectées, c'était bien peu au regard des 850 exoplanètes connues actuellement. On devait pouvoir faire mieux ». Et d'ajouter : « jusqu'à présent, on avait observé autour des étoiles des disques de poussières et des exoplanètes, mais il manquait les corps intermédiaires (astéroïdes et comètes) que prévoient les théories de la formation des systèmes planétaires. Bien que sur les 10 étoiles dont on pense maintenant qu'elles hébergent des comètes, une seulement est connue pour abriter des planètes, le fait que toutes ces étoiles massives soient entourées de disques de gaz et de poussière (signature des exoplanètes) rend très probable le fait qu'elles en abritent toutes ».

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