Illustration de l'objet interstellaire ʻOumuamua, découvert en 2017 lors de sa traversée du Système solaire. © ESA

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ʻOumuamua : le mystère de ses origines interstellaires enfin dévoilé ?

ActualitéClassé sous :Objet interstellaire , 'Oumuamua , 1I/2017 U1 (`Oumuamua)

Depuis sa découverte en 2017, 1I/ʻOumuamua cultive le mystère autour de sa nature et de ses origines. Une nouvelle étude propose que l'objet interstellaire est composé en bonne partie de glace de dihydrogène. Selon cette hypothèse, ʻOumuamua se serait formé dans un nuage moléculaire géant.

1I/ʻOumuamua a été découvert le 19 octobre 2017 par le programme Pan-Starrs et fut initialement classé comme comète en raison de sa trajectoire rapidement identifiée comme hyperbolique. Cependant, l'absence d'activité cométaire observée - ni chevelure ni queue - a conduit à son prompt reclassement parmi les planètes mineures (astéroïdes et assimilés) avant qu'il n'inaugure la liste nouvellement établie des objets interstellaires.

Malgré l'absence d'activité observée, les mesures astrométriques ont montré que ʻOumuamua a subi une accélération non gravitationnelle sur sa trajectoire de sortie du Système solaire. Une telle accélération est habituellement observée quand de la matière s'échappe d'une comète, ce qui exerce une poussée sur le noyau par effet d'action-réaction. Cependant, les données montrent que l'accélération de ʻOumuamua est incompatible avec un jet causé par la sublimation de glace d'eau comme on peut l'observer pour des comètes du Système solaire.

Diagramme schématique montrant l'évolution de la taille et de la forme de ʻOumuamua en raison de la sublimation du dihydrogène et de sa trajectoire à travers le Système solaire. Des paires d'orientation en trois points discrets de la trajectoire sont affichées en haut à gauche. © Seligman et Laughlin (2020).

Un visiteur fait de glace d'hydrogène

Dans une nouvelle étude acceptée pour publication dans les Astrophysical Journal Letters (accessible en prépublication sur arXiv), Darryl Seligman, chercheur postdoctoral au département de géophysique de l'université de Chicago, et Gregory Laughlin, professeur au département d'astronomie de l'université Yale, proposent que ʻOumuamua contenait une fraction significative de glace de dihydrogène (H2). Selon eux, cela pourrait expliquer toutes les propriétés observées de ʻOumuamua. La sublimation du dihydrogène à un taux proportionnel au flux solaire incident produit un jet couvrant la surface qui reproduit l'accélération observée. La perte de masse par sublimation conduit à une augmentation monotone du rapport entre les axes du corps, expliquant la forme de ʻOumuamua. Retracer la trajectoire de ʻOumuamua à travers le Système solaire permet de calculer sa masse et son rapport de forme avant de rencontrer le Soleil.

Seligman et Laughlin montrent que des corps riches en dihydrogène peuvent se former dans les noyaux denses les plus froids des nuages moléculaires géants, où les densités sont de l'ordre de cent mille à un million de molécules par centimètre cube et les températures approchent les 3 kelvins (-270 °C) du fond diffus cosmologique. À titre de comparaison, un centimètre cube d'air dans les conditions usuelles (20 °C et 1 bar) contient de l'ordre de 250 milliards de milliards de molécules.

Les chercheurs expliquent que l'exposition aux rayons cosmiques galactiques après la formation de ʻOumuamua implique un âge de l'ordre de 100 millions d'années.

  • ʻOumuamua était clairement de par sa trajectoire et sa vitesse un corps céleste né dans un autre système planétaire, un objet interstellaire donc.
  • Sa forme est cependant étrange, et l'on pouvait s'attendre à ce qu'il soit un objet cométaire, de loin les plus faciles à éjecter d'un système planétaire, et pourtant, il n'a pas dégazé lorsqu'il s'est approché du Soleil.
  • Ce serait le fragment d'un corps cométaire passé trop près d'une naine rouge, détruit et déformé par ses forces de marée avant d'être éjecté dans le milieu interstellaire.
  • Des myriades de ʻOumuamua existeraient dans la Voie lactée où ils pourraient contribuer à répandre la vie selon la théorie de la panspermie.
  • De nouveaux résultats montrent que ʻOumuamua aurait été constitué d'une grande quantité de glace de dihydrogène et se serait donc formé dans un nuage moléculaire géant.
Pour en savoir plus

Les origines mystérieuses de ʻOumuamua sont-elles enfin résolues ?

Article de Laurent Sacco publié le 18/04/2020

Des simulations numériques, selon un scénario faisant intervenir les forces de marée d'une naine rouge, rendent compte pour la première fois des étranges caractéristiques de ʻOumuamua. L'objet interstellaire serait le fragment d'un corps céleste détruit et déformé par ces forces lorsqu'il est passé trop près de son étoile hôte.

On se souvient de la surprise grandissante des astronomes à la suite de la détection en octobre 2017 du passage de 1I/2017 U1, plus connu désormais sous le nom de ʻOumuamua, un nom d'origine hawaïenne, en partie parce qu'il avait été identifié à l'aide du Pan-Starrs (acronyme de Panoramic Survey Telescope And Rapid Response System), un instrument présent au sommet du Haleakalā, à Maui (Hawaï).

Sa vitesse et sa trajectoire impliquaient nécessairement qu'il s'agissait d'un voyageur interstellaire, un corps céleste formé au-delà du Système solaire. Mais ce qui était le plus étonnant avec ʻOumuamua, ce n'était pas tellement le fait qu'il soit sur une trajectoire hyperbolique le conduisant à quitter à tout jamais le Système solaire à près de 90 km/s. Non, c'était sa forme totalement inédite qui était stupéfiante.

L'histoire de la découverte de ʻOumuamua, le premier visiteur d'un autre système d'étoiles, par l'astronome Karen J. Meech. 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 ». © TED

D'aspect rougeâtre, ʻOumuamua semblait être visiblement en forme de cigare avec une longueur 10 fois plus élevée que sa largeur -- certaines estimations lui attribuaient une longueur de 800 mètres pour une largeur de 80 mètres environ. Cette particularité était telle que l'on s'est demandé à un moment s'il ne pouvait pas s'agir d'un artefact d'une civilisation extraterrestre avancée, un peu comme dans le célèbre roman d'Arthur Clarke, Rendez-vous avec Rama. Mais le programme Seti n'a rien découvert à son sujet en tentant de l'écouter faire des transmissions radio et, de l'avis de la communauté scientifique, nous étions en présence d'un objet similaire à un astéroïde, voire une comète, mais très appauvrie en éléments volatils, semblait-il.

ʻOumuamua, un fragment de comète détruit par des forces de marée ?

Pour tenter de rendre compte de sa forme étrange, jamais vue pour un astéroïde ou une comète dans le Système solaire, Sean Raymond, du laboratoire d'Astrophysique de l'université de Bordeaux, avait publié avec ses collègues Philip J. Armitage et Dimitri Verasun un article que l'on peut consulter sur arXiv. Les trois astrophysiciens faisaient intervenir les forces de marée d'une planète géante autour d'une autre étoile, près de laquelle un corps cométaire serait passé trop près et qui aurait été fragmenté un peu comme dans le cas de la fameuse comète Shoemaker-Levy 9 avant que l'un des fragments ne soit éjecté dans l'espace interstellaire comme l'explique plus en détail Sean Raymond dans la vidéo ci-dessous.

Mojo, pour Modeling the origin of jovian planets, c'est-à-dire modélisation de l'origine des planètes joviennes, est un projet de recherche qui a donné lieu à une série de vidéos présentant la théorie de l'origine du Système solaire et en particulier des géantes gazeuses. On les doit à deux spécialistes réputés, Alessandro Morbidelli et Sean Raymond. Dans cette vidéo, une hypothèse concernant l'origine de ʻOumuamua est expliquée. 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 ». © Laurence Honnorat

Aujourd'hui, c'est un scénario similaire qui vient d'être exposé dans un article de Nature Astronomy par deux collègues de Sean Raymond, Yun Zhang du laboratoire Lagrange (Université Côté d'Azur - Observatoire de la Côte d'Azur - CNRS) et Doug Lin, du Department of Astronomy and Astrophysics, de l'University of California à Santa Cruz. Les deux chercheurs ont conduit des simulations qui, pour la première fois, semblent rendre compte de l'ensemble des caractéristiques étonnantes de ʻOumuamua.

Rappelons que ʻOumuamua n'a pas été observé en train de dégazer directement à la manière d'une comète alors qu'on aurait pu s'y attendre. En effet, selon l'exemple du Système solaire et les calculs faits, il est plus facile et plus fréquent d'éjecter un corps cométaire sur une orbite très excentrique l'ayant conduit à passer trop près d'une planète géante ou d'une étoile qu'un astéroïde. On devait donc s'attendre à ce que ʻOumuamua soit un corps cométaire riche en eau et éléments volatils. Cela ne semble pas être le cas.

Une naine rouge à l'origine de ʻOumuamua  ?

Pour résoudre cette énigme et rendre compte de la forme très allongée de ʻOumuamua, Yun Zhang et Doug Lin ont fait intervenir le passage très rapproché d'un corps constitué d'un agrégat de roches mais aussi de glace, une situation souvent rencontrée dans le Système solaire, avec l'étoile hôte de son système planétaire d'origine. Sa masse est de la moitié de celle du Soleil dans les simulations numériques effectuées, cela fait d'elle une naine rouge de type M, les étoiles les plus nombreuses dans la Voie lactée. Surtout, la théorie de la structure stellaire nous dit qu'une telle étoile est particulièrement dense, ce qui la dote d'une région étendue où ses forces de marée peuvent détruire un corps céleste. Il s'agit donc d'une situation qui devrait être la plus fréquente dans un scénario avec destruction, puis éjection d'un petit corps céleste par la force de gravité d'une étoile.

 Schéma illustrant la formation d'ʻOumuamua basée sur le scénario de Zhang et Lin © Naoc, Y. Zhang

L'effet de ces forces a donc été testé sur ordinateur en prenant un corps céleste d'environ 100 mètres de diamètre sur une trajectoire très elliptique, donc avec une forte excentricité, et dont la distance moyenne à l'étoile est de plusieurs milliers de fois la distance de la Terre au Soleil, ce qui est nécessaire pour que les fragments produits par sa destruction soient éjectés dans le milieu interstellaire comme l'explique un communiqué du laboratoire Lagrange.

Les calculs montrent que les forces de marée vont alors d'abord étirer, puis fragmenter le corps céleste qui va ensuite se disloquer en donnant des corps de la forme de celle attribuée à ʻOumuamua. Mieux, la modélisation indique également que le passage proche de la naine rouge va conduire les fragments à s'échauffer suffisamment pour que les roches fondent en surface en plus de produire une vaporisation de la glace. Au final, quelques heures après l'équivalent du passage au périhélie du Soleil, la surface se refroidit en donnant une croûte silicatée dépourvue d'eau et appauvrie en éléments volatils. Elle ressemble alors plus à celle d'un astéroïde qu'à celle d'une comète, surtout du fait du frittage des silicates dans la croûte, la cohésion de l'objet se trouve augmentée lorsqu'il continue à être déformé et que les roches ne sont pas encore totalement refroidies.

Au final, il resterait quand même un réservoir de glace, que ce soit d'eau ou de composés carbonés comme le monoxyde (CO) et le dioxyde de carbone (CO2) dès que l'on descend à plus d'un mètre de profondeur sous la croûte. Même si ʻOumuamua n'a pas présenté d'activité cométaire sous le regard des télescopes, les mécaniciens célestes avaient tout de même constaté une petite accélération anormale, dont ne pouvait rendre compte l'attraction des corps du Système solaire, lorsque l'objet interstellaire s'était approché du Soleil. On peut expliquer cette anomalie si un faible dégazage s'est tout de même produit, ce qui est cohérent avec le scénario faisant tout de même de 'Oumuamua un corps cométaire. Nul besoin de ressusciter pour cela l'hypothèse de la sonde interstellaire E.T comme certains l’ont proposé.Vue d'artiste de la formation de ʻOumuamua basée sur le scénario de Zhang et Lin.© YU Jingchuan from Beijing Planetarium

Des myriades de ʻOumuamua dans la Voie lactée et porteurs de vie ?

Si les chercheurs ont raison, ʻOumuamua serait la pointe émergée d'une population d'objets interstellaires qui auraient pris naissance dans les équivalents de la fameuse ceinture cométaire de Oort autour du Soleil, mais autour des naines rouges. Ce seront donc initialement des cousins des comètes longues périodes observées dans le Système solaire, des corps de taille kilométrique nés loin du Soleil et qui sont projetés en sa direction par des perturbations gravitationnelles lors du passage rapproché d'une étoile comme ce fut le cas il y a 70.000 ans, une petite étoile binaire baptisée étoile de Scholz, qui serait passée à 0,8 voire 0,6 année-lumière du Soleil.

On s'attend à ce que, en moyenne, chaque système planétaire éjecte au total une centaine de milliards d'objets comme ʻOumuamua. Selon les chercheurs, certains des corps parents pourraient tout à fait être aussi des superterres ou des mini-Neptune, détruites là aussi par des forces de marée. Comme ces objets sont très nombreux et qu'ils doivent passer à côté d'exoterres peut-être habitées, comme ce fut le cas pour 'Oumuamua avec la Terre, il est possible de s'interroger sur leur rôle dans le cadre de la théorie de la panspermie.

« C'est un tout nouveau domaine. Ces objets interstellaires pourraient fournir des indices critiques sur la façon dont les systèmes planétaires se forment et évoluent », explique donc Yun Zhang, et selon Doug Lin, « ʻOumuamua n'est que la pointe de l'iceberg. Nous prévoyons que de nombreux autres visiteurs interstellaires avec des traits similaires seront découverts par une observation prochaine avec le futur Observatoire Vera C. Rubin ».


L’objet interstellaire ’Oumuamua serait un « mouton de poussière »

Article de INSU publié le 01/12/2019

Une étude suggère que 'Oumuamua, le premier objet interstellaire découvert, pourrait être formé d'une agrégation de micrograins. Il pourrait être le corps céleste le plus poreux jamais observé dans notre Système solaire.

En octobre 2017, un observatoire à Hawaï détectait pour la première fois un corps céleste se déplaçant sur une trajectoire hyperbolique, à la différence de tous les objets observés jusque-là dans le Système solaire tels que les comètes, les planètes et les astéroïdes qui se déplacent, eux, sur des orbites fermées autour du Soleil. Une preuve que le mystérieux objet vient d'ailleurs, d'une autre étoile.

Baptisé ‘Oumuamua qui signifie en hawaïen « invité », « messager » ou « éclaireur », il a été établi que 1I/2017 U1 (classification officielle) mesure environ 400 mètres de long et était, lors de sa découverte, sur le point de sortir du Système solaire pour ne plus jamais revenir.

Une vitesse inexpliquée par la gravité dans le Système solaire

L'invité exotique transporte des informations sur des systèmes stellaires qui peuvent être complètement différents du nôtre. L'une des nombreuses questions restées sans réponse est liée à son mouvement particulier. En effet, en plus de suivre une trajectoire ouverte, ‘Oumuamua voyage aussi à une vitesse un peu plus rapide que ce qui peut être expliqué par la gravité connue dans notre Système solaire.

Abstraction faite de la spéculation selon laquelle il pourrait s'agir d'un vaisseau spatial extraterrestre, seul le rayonnement solaire peut expliquer la puissance supplémentaire nécessaire pour justifier la trajectoire observée. Les hypothétiques forces de réaction par dégazage ont en effet été évaluées comme trop faibles pour cet objet qui ne présentait pas de queue cométaire.

Or, si la pression de rayonnement du Soleil est bien la cause de cette accélération non gravitationnelle, la densité massique de 'Oumuamua doit être extrêmement petite, ne dépassant pas 1 % de la densité massique de l'air à la surface de la Terre, soit environ 10 grammes par mètre cube. Cette densité extrêmement faible fait de l'hôte interstellaire l'objet le plus poreux jamais observé dans notre Système solaire -- et constitue donc un objet d'étude particulièrement intéressant.

Une structure en fractale

Selon une étude publiée le 11 novembre 2019 dans The Astrophysical Journal Letters, 'Oumuamua pourrait être un grand agrégat de poussières. Plus précisément, il présenterait une structure en fractale : c'est-à-dire qu'il comporterait des trous de toutes tailles, comme l'illustre la figure ci-dessus. Des astéroïdes fractals ont été auparavant régulièrement identifiés après leur chute sur Terre ou dans des queues de comète mais il s'agit d'ordinaire de fragments de taille millimétriques ou centimétriques.

Selon les auteurs de ces recherches, même des objets ayant une densité extrêmement faible survivraient aux forces auxquelles ils étaient exposés dans notre Système solaire : la structure ramifiée de ‘Oumuamua, potentiellement formée par l'enchevêtrement de particules de poussière au début de l'évolution d'un autre système stellaire, s'effondrerait immédiatement s'il était à la surface de la Terre. Mais loin de notre planète, un tel objet serait capable de conserver sa structure face à la gravité du Soleil, aux forces de radiation et, de surcroît, aux forces issues de sa propre rotation. En un sens, cette étude montre ainsi que l'espace est un lieu très doux.

  
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