Selon une étude publiée dans Nature Astronomy, comète interstellaire 3I/ATLAS il s’est peut-être formé autour d’un étoile plus âgée et plus pauvre en métaux que le Soleilpeut-être aux premiers âges de l’histoire de la Voie Lactée. En effet, les analyses montrent des rapports isotopiques du carbone et de l’azote très différents de ceux mesurés dans les comètes du système solaire.
3I/ATLAS est le troisième objet interstellaire identifié avec certitude après le passage de 1I/’Oumuamua en 2017 et de la comète 2I/Borisov en 2019 (la lettre « I » désigne l’origine interstellaire de l’objet). Sa trajectoire est en effet hyperbolique (c’est à dire non fermée sur elle-même) et le corps il n’est donc pas lié gravitationnellement au Soleillui permettant de poursuivre son voyage vers d’autres systèmes solaires.
Mais une fonctionnalité très intéressante de 3I/ATLAS ressort de son composition chimique. Lorsqu’une comète s’approche du Soleil, la chaleur de notre étoile provoque la sublimation de la glace présente dans le noyaulibérant des gaz et des poussières qui forment le coma caractéristique de la comète. Ce nuage de matière peut être analysé avec des instruments spectroscopiques, capables d’identifier les molécules présentes et même de distinguer les isotopes des éléments qui les composent.
La queue cométaire de 3I/Atlas nous dit qu’elle est plus ancienne que le Soleil : où et comment elle est née
Les molécules présentes dans le coma absorbent et émettent de la lumière longueurs d’onde très précisesproduisant un spectre caractéristique (une véritable signature chimique). En analysant ce spectre, les astronomes peuvent identifier quelles molécules sont présentes et en quelles quantités. Là Nuage de coma il est composé de molécules telles que eau et autres molécules organiques comprenant une molécule bien particulière, la cyanogène (formule chimique CN). Le cyanogène est en effet un traceur important car ses bandes spectrales sont très intenses dans le visible et il est utilisé depuis des décennies par les astronomes pour mesurer les isotopes des comètes.
Dans l’étude, le auteurs pour mesurer ces bandes spectrales, ils ont utilisé le spectrographe à haute résolution installé sur le Very Large Telescope (VLT) de l’ESO (Observatoire européen austral) situé dans les hautes terres désertiques du nord du Chili. Fondamentalement le les astronomes peuvent mesurer le poids atomique des molécules, permettant de distinguer également la présence d’isotopes. Bien que deux isotopes du même élément aient des propriétés chimiques presque identiques, leur masse diffère légèrement. Cette petite différence change considérablement l’énergie avec laquelle les molécules vibrent et tournent, faisant apparaître la lumière émise à des longueurs d’onde légèrement différentes.
Les isotopes sont des versions légèrement différentes du même élément chimique : ils ont le même nombre de protons, mais un nombre différent de neutrons. Une molécule contenant du carbone 12 (constituée de 6 protons et 6 neutrons) produit un signature spectrale légèrement différente par rapport à la même molécule contenant du carbone 13 (composée de 6 protons et 7 neutrons). Cette petite variation est extrêmement importante en astronomie, car les rapports entre les différents isotopes peuvent préserver des informations sur les conditions physiques et chimiques de l’environnement dans lequel un matériau s’est formé.
Dans le cas de 3I/ATLAS, les astronomes ont mesuré des rapports isotopiques de carbone et d’azote qui s’écartent considérablement des valeurs typiques observées dans les comètes du système solaire. Cela confirmerait l’hypothèse selon laquelle 3I/ATLAS pourrait s’être formé dans un environnement avec une histoire chimique différente par rapport à la région de la galaxie d’où est originaire le Soleil.
Les étoiles produisent différents isotopes grâce à différents processus nucléaires. L’azote 14 et l’azote 15, par exemple, ne sont pas produits dans les mêmes proportions par toutes les étoiles : cela dépend de la masse de l’étoiledepuis sa composition initiale et la phase de son évolution.
Les auteurs ont ensuite observé la molécule de cyanogène dans la coma de 3I/ATLAS via le spectrographe VLT et en observant les raies spectrales formées par cette molécule, ils ont conclu que le matériau 3I/ATLAS est relativement pauvre en isotopes lourds (c’est-à-dire le carbone 13 et l’azote 15) par rapport au matériau cométaire qui s’est formé près du Soleil.
Ils ont donc pu établir que le matériel dont est composé 3I/Atlas a été enrichi en carbone 12 par une étoile plus vieille que le Soleil. Le carbone 12 est en effet produit de manière très efficace dans les étoiles massives et dans les premières générations stellaires. Tandis que le carbone 13 est produit en quantités importantes notamment par les étoiles moins massives, comme le Soleil.
Cependant, le rapport isotopique entre la quantité de carbone 12 et la quantité de carbone 13 ne permet pas dater directement une comète comme cela se fait avec un échantillon radioactif sur Terre. Il est donc possible de faire une estimation indirecte de l’environnement galactique et de l’époque probable de sa formation, en comparant sa composition isotopique avec des modèles d’évolution chimique de la Voie lactée. 3I/ATLAS se forma alors dans une région de la Voie Lactée où ils étaient présents de nombreuses étoiles jeunes et massivestypique d’un phase lointaine de l’évolution de notre galaxie.
Comment les objets interstellaires sont découverts
Les modèles de formation planétaire prédisent que lors de la naissance d’un système stellaire des milliards de petits corps cométaires sont éjectés dans l’espace interstellaire des perturbations gravitationnelles avec des planètes géantes ou d’autres étoiles proches. La plupart de ces fragments voyagent pour toujours dans l’espace interstellaire, mais une petite fraction peut traverser aléatoirement d’autres systèmes planétaires, y compris le nôtre. Les comètes interstellaires de type 3I/Atlas et 1I/’Oumuamua sont réelles voyageurs interstellaires généré au sein du nuage protoplanétaire extrasolaire.
Le problème est que ces objets sont très petits et peu brillants et traversent le système solaire à des vitesses très élevées, ce qui les rend extrêmement difficiles à détecter avec des télescopes. L’acronyme ATLAS signifie en fait Système d’alerte de dernière alerte d’impact terrestre d’astéroïde et c’est un système de surveillance du ciel conçu principalement pour détecter les astéroïdes potentiellement dangereux pour la Terre. Le projet est dirigé par l’Institut d’astronomie de l’Université d’Hawaï et est financé par la NASA dans le cadre du programme de défense planétaire.
Contrairement aux grands télescopes dédiés à l’étude d’objets très faiblement lumineux, ATLAS a été conçu dans un but différent : observer rapidement tout le ciel visible plusieurs fois chaque soir. Pour ce faire, il utilise de petits télescopes dotés d’un miroir de seulement 50 centimètres mais équipés d’un large champ de vision et de caméras très sensibles. Cette combinaison vous permet de surveiller en permanence des millions d’étoiles et pour localiser tout point lumineux qui change de position entre une image et la suivante. C’est précisément au cours de son activité normale de surveillance que 3I/ATLAS a été identifié.
En fait, dans les années à venir, grâce au nouvel observatoire astronomique appelé Observatoire Vera C. Rubin, situé dans Chililes chances de trouver d’autres objets interstellaires passant par notre système solaire deviendront encore plus grandes. En fait, le nouveau télescope observera tout le ciel du sud tous les quelques jours avec une très haute sensibilité et en continu. Les astronomes prédisent qu’il sera capable de repérer des dizaines d’objets interstellaires chaque annéetransformant ce qui est encore aujourd’hui une étude basée sur quelques cas exceptionnels en une véritable statistique de la population des corps extrasolaires.