Des vapeurs de métaux lourds détectés dans « nos » comètes et 2I/Borisov

Deux équipes de chercheurs ont fait des découvertes surprenantes : la présence de vapeurs de métaux lourds dans les comètes de notre système solaire d’un côté… et dans 2I/Borisov de l’autre. Ces objets stellaires ont donc « plus en commun qu'on ne le pensait ». On vous explique les questions (sans réponses) que soulèvent ces découvertes.

C’est une nouvelle fois le Very Large Telescope (VLT) de l'Observatoire Européen Austral (ESO) qui fait parler de lui, au travers d’une équipe belge. Dans une publication scientifique acceptée par Nature, des chercheurs ont montré – pour la première fois – que « le fer et le nickel existent dans l'atmosphère des comètes du système solaire, même lorsqu’elles sont loin du Soleil ». Une découverte « passée sous les radars pendant de nombreuses années ».

L'existence de métaux lourds dans les poussières et les roches des noyaux cométaires est connue depuis longtemps par les astronomes. « Mais, étant donné que les métaux sous forme solide ne se "subliment" généralement pas (deviennent gazeux) à basse température, ils ne s'attendaient pas à les trouver dans l'atmosphère des comètes qui voyagent loin du Soleil », souligne l’ESO.

Des répercussions importantes… reste à savoir lesquelles

Or, l'équipe belge de chercheurs « a trouvé que le fer et le nickel sont en quantités à peu près égales dans l'atmosphère de toutes comètes observées », y compris dans celles se trouvant à plus de 480 millions de kilomètres du Soleil. Cela représente plus de trois fois la distance Terre-Soleil (150 millions de kilomètres environ) et place un objet plus loin que l’orbite de Mars.

Les comètes sont intéressantes à analyser, car elles se sont formées il y a environ 4,6 milliards d'années, lors de la naissance de notre système solaire. Depuis, elles n'ont presque pas changé et sont donc considérées comme « des fossiles pour les astronomes », indique Emmanuel Jehin, chercheur à l'Université de Liège et co-auteur de l'étude. Comprendre la formation du système solaire et les ingrédients de base peut donc passer par l’étude des comètes car elles sont porteuses « d'informations inestimables sur les systèmes planétaires extraterrestres ». 

Ce résultat est différent de ce que l’on observe dans le Soleil et les météorites : on y trouve « généralement environ dix fois plus de fer que de nickel », alors que c’est ici une quasi égalité. Pour l'Observatoire Européen Austral, cette découverte a « des répercussions sur la manière dont les astronomes comprennent la formation des comètes et du système solaire »… mais impossible d’aller plus loin. Les chercheurs sont en effet toujours « en train d’essayer de comprendre ce que sont ces répercussions ».

Suivre la piste de petites raies non identifiées

Pour arriver à cette conclusion, les chercheurs ont utilisé des données du spectrographe UVES (Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph) du VLT, qui permet d’analyser des atmosphères. Cette technique n’est pas nouvelle et elle a déjà fait ses preuves pour obtenir la composition de certains objets : « chaque élément chimique, atome ou molécule, laisse en effet une signature unique - un ensemble de raies - dans le spectre lumineux des objets observés ».

Dans le cas présent, les chercheurs ont identifié « des raies faibles et non identifiées ». Mais en les regardant plus attentivement, l’équipe « a remarqué qu'elles signalaient la présence d'atomes neutres de fer et de nickel ». Ils se lancent dans une estimation : « pour 100 kg d'eau dans l'atmosphère des comètes, il n'y a que 1 g de fer et à peu près la même quantité de nickel ».

Ce résultat est surprenant car, habituellement, le fer est dix fois plus abondant que le nickel. « Nous sommes arrivés à la conclusion qu'ils pourraient provenir d'un type particulier de matériau à la surface du noyau de la comète, se sublimant à une température assez basse et libérant du fer et du nickel dans des proportions à peu près identiques », explique Damien Hutsemékers, un autre membre de l'équipe de l'Université de Liège. Pour Emmanuel Jehin, cette découverte devrait susciter des vocations et « déclencher de nouveaux travaux sur le sujet ». 

Comme avec les « répercussions » dont nous parlions quelques lignes au-dessus, cette découverte soulève une nouvelle question : quelle est la nature de ce matériau ? Impossible à dire pour le moment… Les chercheurs espèrent que les progrès de la science permettront d’en apprendre davantage dans le futur. Ils placent leurs espoirs dans l’instrument METIS (Mid-infrared ELT Imager and Spectrograph) du futur Extremely Large Telescope (ELT) de l’ESO.

2I/Borisov : même combat que « nos » comètes

Hasard du calendrier, une autre étude également publiée dans Nature « montre que des métaux lourds sont également présents dans l'atmosphère de la comète interstellaire 2I/Borisov », et notamment du nickel gazeux. Pour rappel, cette comète est très différente des autres car elle ne vient pas de notre système solaire.

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Ces conclusions viennent de l’analyse des données d’un autre spectrographe du VLT : X-shooter. Elles ont été capturées il y a un an et demi lors du passage au périhélie de la comète interstellaire ; elle était alors à 300 millions de kilomètres de notre étoile tout de même. « Au début, nous avions du mal à croire que le nickel atomique pouvait réellement être présent dans l’atmosphère de 2I/Borisov si loin du Soleil. Il nous a fallu de nombreux tests et vérifications avant de pouvoir nous convaincre », affirme l'auteur de l'étude Piotr Guzik.

Détection de nickel (Ni) dans l'atmosphère gazeuse de la comète interstellaire 2I/Borisov

Les deux études qui vont dans le même sens, alors que jusqu’à présent des atomes de métaux lourds n’avaient été détectés que dans « des environnements chauds », comme l'atmosphère d'exoplanètes ultra-chaudes ou des comètes en cours d'évaporation quand elles passent à côté du Soleil. Autre conséquence de ces deux études : les comètes de notre système solaire et 2I/Borisov ont « plus en commun qu'on ne le pensait », explique Michał Drahus de l'Université Jagellonne (Pologne).

« Imaginez maintenant que les comètes de notre système solaire aient leurs véritables analogues dans d'autres systèmes planétaires : c'est vraiment génial », s’enthousiasme-t-il. Comme pour les « répercussions » et la nature du « matériau », aucune piste n’est mise en avant. Il faut aussi savoir se réjouir des petites coïncidences de la vie, ce n’est pas l’équipe de Solar Orbiter qui dira le contraire.