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  • Judith Biernaux

2l/Borisov et Oumuamua, des visiteurs venus d'ailleurs...

En octobre 2019, de nombreux télescopes pointaient la mystérieuse comète 2l/Borisov. Pour la première fois, une comète interstellaire, c'est-à-dire issue de régions extérieures à notre système solaire, passait nous dire un petit bonjour. Que peut-on apprendre des objets interstellaires ?


La comète 2l/Borisov, première comète interstellaire observée depuis la Terre. Image - D. Jewitt (UCLA)/ESA/NASA

Les comètes, on connaît plutôt bien : il en passe régulièrement au voisinage de la Terre. Leurs orbites très allongées autour du Soleil les amènent parfois proche de nous. C'est en s'approchant du Soleil que ces noyaux de glaces et de poussières, des boules de neige sales en quelques sorties, commencent à dégazer, c'est-à-dire qu'une partie des glaces se transforme en gaz par sublimation. Il apparaît alors autour du noyau une couche gazeuse, comme un atmosphère, qui se manifeste comme un beau halo lumineux. C'est ce qu'on appelle la coma, et qui donne d'ailleurs son nom aux comètes. On peut même analyser la lumière produite par ces glaces chauffées et en analyser la composition chimique : on y trouve notamment beaucoup d'eau.


Ce qui rend les comètes si iconiques, ce sont surtout les longues queues lumineuses de gaz et poussières qui accompagnent la coma si la comète est suffisamment active. Elles ornent alors le ciel nocturne, jusqu'à être parfois visible à l'oeil nu, et nous offrent un spectacle mémorable. Les comètes sont toujours pourvues de deux queues, l'une composée de poussières, et l'autre, de particules chargées de gaz. Ces queues pointent dans la direction opposée à celle du Soleil, et ont des dimensions considérables, alentour de 50 millions de kilomètres. Cela représente un tiers de la distance Terre-Soleil ou 125 fois la distance Terre-Lune !


La comète de Hale-Bopp observée en 1997. Image - Jerry Lodriguss

Où les comètes habitent-elles ?


La majorité des comètes ont une orbite très allongée, en ellipse, qui peut les emmener très loin du Soleil. Mais la plupart finissent toujours par revenir: elles sont quasiment toutes périodiques, c'est-à-dire que leur orbite autour du Soleil les ramène régulièrement vers nos régions du système solaire. La comète de Halley, par exemple, a une période de 75 ans, et son orbite s'étend jusqu'au voisinage de Pluton. Aperçue pour la dernière fois en 1986, elle reviendra donc en 2061. Une autre comète bien connue, Hale-Bopp, a une période de plus de 2500 ans, et peut s'aventurer sur son orbite jusqu'à dix fois la distance Soleil-Pluton.


Lorsqu'une comète a une période plus petite que 200 ans, on la qualifie de comète à courte période. Ces comètes semblent avoir pour origine une région autour du système solaire, baptisée ceinture de Kuiper, qui contient un grand nombre de petits corps rocheux. Les comètes à longues périodes auraient d'autres origines, des nuages de petits corps plus lointains tels que le nuage d'Oort, cet hypothétique réservoirs de "cailloux spatiaux" situées bien au-delà encore de la ceinture de Kuiper. À cause de perturbations gravitationnelles, comme le passage d'une étoile par exemple, l'un ou l'autre des objets habitants ces nuages peut s'en détacher, et adopter une orbite elliptique autour du Soleil, devenant donc des comètes périodiques.

La ceinture de Kuiper illustrée sur cette image. L'orbite de Pluton est représentée en jaune. Image : NASA.

Et 2l/Borisov ?


2l/Borisov, quant à elle, ne vient ni de la ceinture de Kuiper, ni du nuage d'Oort. C'est son origine qui la rend si spéciale : c'est une comète interstellaire.


Fin août 2019, l'astronome amateur Gennady Borisov découvre cette comète, a priori normale. De nombreux télescopes se tournent alors vers ce nouvel objet, et ces observations de suivi permettent de mieux comprendre sa trajectoire, très différente de celle des comètes connues. Ainsi, son origine interstellaire peut être identifiée : elle provient d'en-dehors du système solaire.

Les jeunes étoiles fraîchement formées sont toujours entourées d'un disque de poussières et de petites roches. Dans leur mouvement, ces petites roches entre en collisions et s'agglomèrent pour former des ensembles de roche de plus en plus grands et de plus en plus sphériques... qui donneront les planètes. Au plus une proto-planète grandit, au plus elle fait le ménage gravitationnel autour d'elle, en agglomérant les petites roches sur son passage. Cependant, pendant la formation d'un système planétaire, de petits débris rocheux peuvent aussi finir éjectés loin de leur étoile, libérés alors de son champ d'attraction gravitationnelle. C'est sûrement une histoire semblable qu'a vécu 2l/Borisov, formée autour d'une étoile lointaine, et éjectée dans l'espace interstellaire jusqu'à s'approcher de la sphère d'influence du Soleil... et de notre paysage.


Malgré son origine lointaine, 2l/Borisov ressemble beaucoup aux comètes du système solaire. De dimensions ordinaires avec un noyau de glace d'environ 1 kilomètre, elle a rencontré le Soleil au plus près le 8 décembre dernier avant de s'en éloigner à nouveau. Comme toutes les comètes, elle était alors pourvue d'une belle coma et de queues qui ont permis l'analyse de sa composition chimique. Des astronomes y ont notamment observé de l'eau et du cyanure, ce qui la rapproche encore plus des comètes du système solaire. Détecter pour la première fois de l'eau extra-solaire est un véritable évènement. Ces similarités entre la chimie de 2l/Borisov et celle des comètes que l'on connaissait jusqu'alors ne sont pas surprenantes : les briques élémentaires de tous les systèmes stellaires seraient plutôt semblables. Il n'y a pas de raison logique à ce que notre système solaire soit particulier ou spécial...


L'éclaireur


2l/Borisov n'est que le deuxième objet interstellaire à nous parvenir. En effet, fin 2017, le télescope Pan-STARRS1, à Hawaï, détecte un petit point lumineux qu'on prend pour une comète. Après quelques observations supplémentaires, cet objet est correctement identifié comme un astéroïde. Un astéroïde est différent d'une comète, dans le sens où il ne comporte le plus souvent pas de glace, et ne présente pas de coma ou de queue lumineuse: ils ne sont pas actifs. Il s'agit d'un empilement de cailloux solides agglomérés en forme parfois plutôt sphérique et parfois irrégulière, patatoïde.



Vue d'artiste de l'allure de Oumuamua. Image- ESO/M. Kornmesser

En étudiant sa trajectoire, il apparaît que cet astéroïde nouvellement apparu est en fait le tout premier visiteur interstellaire. Comme 2l/Borisov, l'astéroïde provient d'un système stellaire voisin, dont il a été éjecté pour être attiré vers le Soleil pour une petite visite éclair. Il a été baptisé d'un nom hawaïen, 1l/Oumuamua, "l'éclaireur". En étudiant la variation de sa luminosité due à sa rotation, on a pu déterminer sa forme pour le moins unique, une sorte de cigare allongé, avec des dimensions d'environ 200 × 20 mètres. Malheureusement, Oumuamua a été repéré alors qu'il était déjà en train de quitter notre voisinage, et ne s'est laissé observer que peu de temps.


Cette toute première observation d'un visiteur interstellaire a plutôt surpris la communauté astronomique: d'après la modélisation de formations d'étoiles, la population d'objet spatiaux vagabonds devrait être dominée par des comètes, dont les caractéristiques devraient être semblables à celles de nos comètes locales. Ainsi, 2l/Borisov correspond mieux à ce modèle. Un échantillon de deux objets interstellaires est certes prometteur mais ne suffit pas à tirer des conclusions générales sur la formation de systèmes planétaires ailleurs qu'autour du Soleil.


Des visiteurs venus d'ailleurs ?


Observer des objets interstellaires est une mine d'information hautement intéressantes sur la formation des systèmes planétaires en général, et pour cause : il est difficile d'observer des planètes autour d'autres étoiles, des exoplanètes, de suffisamment près pour déterminer précisément leur composition chimique. Or, les comètes ou astéroïdes interstellaires contiennent les mêmes ingrédients initiaux que ces planètes en formation. Il s'agit dès lors de véritables petits échantillons-souvenirs de de la formation de systèmes planétaires, soit des chances inespérées de scruter à la loupe comment les planètes ont pu se former. Grâce aux objets interstellaires, il est possible d'en apprendre plus sur les origines des planètes... y compris de notre bonne vieille Terre.

Ces deux premiers visiteurs venus d'ailleurs ne forment qu'une toute petite partie de la population d'objets interstellaires en balade dans l'espace. Avant de pouvoir tirer de véritables conclusions, il serait bon d'en observer un peu plus, au moins dix ou vingt. L'espoir pour y arriver réside dans les missions de survey, ces campagnes de collecte d'un grand nombre d'observations de larges portions du ciel, comme par exemple le Large Synoptic Survey Telescope (LSST). Ce télescope en cours de construction au Chili permettra d'observer d'un seul coup un tiers de tout le ciel visible, permettant ainsi de surveiller régulièrement toute la voûte céleste. D'autres missions semblables existent sur base d'instruments spatiaux, comme le satellite Gaia. Ces mystérieux voisins lointains continueront sans aucun doute de nous livrer des indices sur nos origines...


Sources


Alexandra Witze, Second-ever interstellar comet contains alien water, Nature News, 30 octobre 2019


Alexandra Wize, How two intruders from interstellar space are upending astronomy, Nature News, 20 novembre 2019


Piotr Guzik, Michał Drahus, Krzysztof Rusek, Wacław Waniak, Giacomo Cannizzaro & Inés Pastor-Marazuela, Initial characterization of interstellar comet 2I/Borisov, Nature Astronomy (2019)


Opitom, Cyrielle, et al., 2I/Borisov: A C2-depleted interstellar comet, Astronomy & Astrophysics, Volume 631, id.L8, 5 pp., November 2019


A. Fitzsimmons et al, Spectroscopy and thermal modelling of the first interstellar object 1I/2017 U1 ‘Oumuamua, Nature Astronomy volume 2, pages133–137(2018)

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