Vue d'artiste d'une étoile naine rouge avec trois exoplanètes en orbite qui pourraient éjecter des comètes dans le milieu interstellaire. © Nasa, JPL-Caltech

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La comète interstellaire Borisov viendrait d'une étoile naine rouge

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[EN VIDÉO] Comète 2l/Borisov : quel est cet objet interstellaire ?  Dans ce petit film, nous vous racontons l’histoire de la comète interstellaire 2I/Borisov. Une histoire qui débute, pour nous Terriens, fin août 2019 quand nous l’avons croisée du regard pour la première fois, mais qui a commencé il y a des dizaines ou des centaines de millions d’années, voire même plus… car nous ne connaissons pas encore l'âge de cet objet venu d’ailleurs. 

La chevelure de la comète interstellaire Borisov a été analysée avec le télescope Hubble et sa composition s'est finalement révélée atypique par rapport à celles des comètes nées dans le Système solaire. Son contenu en monoxyde de carbone laisse penser qu'elle s'est formée autour d'une étoile peu lumineuse, une naine rouge.

La nature exacte des comètes n'a commencé à être comprise que depuis quatre siècles. Le premier astronome qui a montré qu'il s'agissait de corps célestes voyageant bien au-delà de l'orbite lunaire a été le Bâtisseur du Ciel, Tycho Brahe. Mais, c'est à son futur collègue états-uniens, Fred Whipple, que l'on doit le premier modèle physique correct des comètes au début des années 1950. Elles y sont décrites comme des petits corps célestes glacés contenant de la matière primordiale datant des premiers temps de la formation du Système solaire et, pour partie d'entre elles, mises au congélateur dans la ceinture de Kuiper et le nuage d’Oort à des milliards de kilomètres du Soleil.

Les comètes pouvaient donc être vues comme des mémoires, fidèles et inchangées, des conditions régnant dans le disque protoplanétaire à l'origine des planètes du Système solaire. Enfin, contenant de l'eau et de la matière organique, elles pouvaient avoir joué un rôle dans l'apparition de la vie sur Terre en apportant, par leur bombardement intense il y a des milliards d'années, tous les éléments d'une chimie prébiotique. On comprend donc aisément que plusieurs missions destinées à l'étude des comètes, et surtout au retour sur Terre du matériau cométaire, aient été réalisées ces dernières années ; la plus spectaculaire étant la mission Rosetta.

L'astronome Fred Whipple. © Smithsonian Astrophysical Observatory

Les comètes, la mémoire de la formation planétaire

Or, voilà qu'a été récemment découverte l'existence d'au moins une comète interstellaire formée dans un autre système planétaire et qui traverse en ce moment même notre Système solaire. Il s'agit de la comète 2I / Borisov baptisée en l'honneur de son découvreur à la fin de l'été dernier par le chasseur de comètes Gennadiy Borisov, en Crimée. Elle s'est approchée près du Soleil vers la fin du mois de décembre 2019 et elle s'en éloigne depuis.

Ce fut l'occasion d'étudier plus précisément sa composition à l'aide du télescope Hubble et du réseau de radiotélescope Alma. Il s'agissait en effet d'une opportunité extraordinaire pour faire progresser la cosmochimie dans ce qu'elle peut nous apprendre sur la formation des exoplanètes et donc aussi l'exobiologie. On pouvait tenter de mieux répondre à des questions concernant le caractère unique ou non de notre Système solaire et donc aussi sur la fréquence des conditions favorables à l'apparition de planètes, comme la Terre, pouvant héberger la vie.
 

La comète 2I / Borisov, photographiée avec le télescope spatial Hubble de la Nasa, une des photos montrant une galaxie (à gauche), est le deuxième objet interstellaire connu pour être entré dans notre Système solaire après le désormais célèbre 'Oumuamua. Une nouvelle analyse de la coma brillante et riche en gaz de Borisov indique que la comète est beaucoup plus riche en monoxyde de carbone qu'en vapeur d'eau, une caractéristique très différente des comètes de notre Système solaire. © Nasa, ESA et D. Jewitt (UCLA)

Les astrophysiciens viennent de publier un article dans Nature Astronomy, mais que l'on peut consulter en accès libre sur arXiv, qui exposent les résultats d'observation faites dans le domaine des ultraviolets avec le télescope Hubble dont on va très bientôt fêter les 30 ans de bons et loyaux services dans l'espace. Dans la coma de 2I / Borisov, le halo à peu près sphérique entourant le noyau, est constitué de particules neutres de gaz et de poussières libérées sous forme de jets lorsque la comète se rapproche du soleil, provoquant la sublimation de ses glaces ; l'équipe internationale de chercheurs a découvert avec surprise que le monoxyde de carbone (CO) était au moins 50 % plus abondant que la glace d'eau -- une valeur de plus de trois fois supérieure à la moyenne de toute comète mesurée dans le Système solaire interne. Jusqu'à présent, 2I / Borisov semblait en fait similaire à celles connues de l'humanité.

« Même si la composition des comètes dans notre Système solaire peut varier considérablement d'une comète à l'autre, nous n'avons jamais vu une comète aussi proche du Soleil avec autant de monoxyde de carbone par rapport à l'eau », a ainsi expliqué Kathleen Mandt, planétologue au Johns Hopkins Applied Physics Laboratory à Laurel, Maryland (USA). Membre de l'équipe derrière la publication sur 2I / Borisov, elle avait utilisé avec ses collègue le spectrographe Cosmic Origins de Hubble pour étudier la comète sur quatre périodes de décembre 2019 à janvier 2020.

Ce schéma montre la composition des substances volatiles dans la coma de 2I / Borisov par rapport aux comètes de notre Système solaire. Les rapports d'abondances sont montrés par rapport à l'oxygène atomique O pour le carbone, l'azote et le soufre (C,N,S) pour 2I / Borisov, 67P / Churyumov-Gerasimenko et la moyenne des comètes (average comet). © D. Bodewits, J. W. Noonan, P. D. Feldman, M. T. Bannister, D. Farnocchia, W. M. Harris, J.-Y. Li, K. E. Mandt, J. Wm. Parker, Z. Xingde

Une comète née au-delà de la ligne des neiges d'une naine rouge

Or, il se trouve que le monoxyde de carbone est une molécule extrêmement volatile dont la glace se sublime dans le vide à très basses températures et donc à grande distance du rayonnement d'une étoile. Dans le cas du Système solaire, ce type de glace n'existe qu'à partir d'environ 18 milliards de kilomètres du Soleil -- près de trois fois la distance entre Pluton et le Soleil à son point le plus éloigné. L'eau, en revanche, résiste à la sublimation dans le cas d'une comète jusqu'à ce qu'elle se trouve entre Mars et le bord intérieur de la ceinture d'astéroïdes.

2I / Borisov doit donc avoir passé beaucoup de temps dans des régions très froides autour d'une étoile mais le fait qu'elle soit devenue un objet interstellaire implique qu'elle a dû passer non très loin d'une planète géante pour que des perturbations gravitationnelles importantes l'éjectent sur une orbite hyperbolique. Or, ce type de planète ne peut pas se former trop loin d'une étoile.

Il semble que la façon la plus simple et la plus plausible de résoudre la contradiction est de faire naître 2I / Borisov dans l'environnement d'une naine rouge -- ce qui avait déjà été proposé comme Futura l'expliquait dans le précédent article ci-dessous. En effet, on sait que les systèmes planétaires sont plus compacts autour de ces astres moins lumineux que le Soleil et ont donc des régions froides relativement plus proches que celles qui seraient requises pour former un objet comme 2I / Borisov autour de notre étoile hôte. Avec environ la moitié de la masse du Soleil et un dixième de sa luminosité, la ligne de neige au-delà de laquelle de la glace de CO peut se former est en effet 18 fois plus près que dans notre Système solaire.

N'oublions pas aussi que les naines rouges sont les étoiles les plus nombreuses dans la Voie lactée, ce qui veut dire qu'une comète interstellaire a plus de chance de naître autour de ces astres qu'autour de naines jaunes ressemblant au Soleil. Pour Dennis Bodewits, le principal auteur de l'article de Nature Astronomy, astrophysicien à l'Université Auburn, en Alabama : « Les origines et la formation de nos propres comètes ne sont pas bien comprises. Nous espérons que la différence entre les comètes du Système solaire et les objets futurs comme celui-ci nous aidera à mieux étudier la formation et l'évolution des comètes ».

  • La comète interstellaire 2I / Borisov pourrait provenir d'une étoile naine rouge en raison de sa richesse en glace de monoxyde de carbone (CO) par rapport à la glace d'eau qui est atypique si on la compare aux comètes du Système solaire.
  • Il fallait en effet les perturbations d'une grande planète — qui ne peut se former que non trop loin en orbite autour d'une étoile — pour avoir éjecté la comète de son système solaire. Or, sa richesse en CO implique un environnement très froid et très lointain autour d'une étoile comme le Soleil et donc sans planète géante.
  • La contradiction se résout bien en supposant une origine autour d'une naine rouge qui est plus froide, moins lumineuse que le Soleil et dont on sait que ce type d'étoile possède un cortège de planètes plus compact que dans le cas du Système solaire.
Pour en savoir plus

La comète interstellaire Borisov viendrait d’une étoile double à 13 années-lumière

Article de Xavier Demeersman Publié le 12/10/2019

Découverte le 30 août 2019, la comète interstellaire officiellement nommée 2I/Borisov retient toute l'attention des astronomes. L'une des grandes questions qu'ils se posent à son sujet est celle de son origine : d'où vient le deuxième objet interstellaire connu ? Des chercheurs pensent avoir trouvé par où elle est passée.

Selon les recherches de trois astronomes de l'université et du Centre spatial de l'Académie des sciences de Pologne - qui ont déposé leur étude sur arXiv le 24 septembre dernier -, le deuxième objet interstellaire jamais découvert ne viendrait pas de très loin dans la Galaxie. En effet, leurs modélisations, basées sur quelque 548 observations (déjà) de la comète 2I/Borisov, anciennement C/2019 Q4, référencées par le Centre des planètes mineures de l'UAI (International Astronomical Union) et recoupées avec les données sur le mouvement du Soleil et de 647 systèmes stellaires « perturbateurs » dans la Voie lactée, suggèrent que l'astre, débusqué par l'astronome amateur Gennady Borisov, serait passé à proximité de l'étoile double Kruger 60 il y a environ un million d'années.

Toujours selon leurs calculs, lesquels sont susceptibles de se préciser en vertu des mesures qui s'accumulent sur ce voyageur venu d'ailleurs, la comète interstellaire aurait « frôlé » à l'époque DO Cephei, c'est un des autres noms du système binaire, à quelque 5,67 années-lumière, à une vitesse relative remarquablement basse de 3,43 km/s (soit 12.300 km/h contre 150.000 km/h aujourd'hui). Des informations toutefois à prendre avec des pincettes car nous n'en sommes encore qu'au début du premier acte dans l'épopée de cette comète interstellaire.

La comète interstellaire 2I/Borisov photographiée le 11 octobre 2019 à Weißenkirchen, en Autriche, par l’excellent astrophotographe Michael Jäger. © Michael Jäger, Spaceweather

La 10e étoile double la plus proche de la Terre

La paire d'étoiles unies gravitationnellement Kruger 60, deux naines rouges représentant respectivement 27 et 35 % de la masse du Soleil, ne sont pas assez lumineuses pour être vues à l'œil nu depuis la Terre. Situées à seulement 13 années-lumière en direction de la constellation de Céphée, elles sont néanmoins connues pour être le dixième système binaire le plus proche de nous, actuellement. Actuellement car il faut bien dire que, comme partout ailleurs dans la Galaxie, ça bouge beaucoup dans notre voisinage. Et ces deux-là, séparées l'une de l'autre de 5 à 13 UA (soit 5 à 13 fois la distance entre la Terre et le Soleil) font plutôt route vers notre Système solaire.

Signalons, pour terminer, que dans un premier temps, des chercheurs ont inféré que 2I/Borisov viendrait de la direction de Cassiopée (voisine de Céphée), près de la limite avec Persée, des constellations alignées avec le plan de la Voie lactée. À sa vitesse actuelle, elle peut parcourir une année-lumière en 9.000 ans. De passage dans notre Système solaire pour plusieurs mois, le visiteur qui, pour l'instant, ne montre pas une composition très différente des comètes nées dans notre Système, va ensuite se diriger vers les étoiles de la constellation du Télescope.

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