Retour dans le Système solaire interne, d’un vestige de la formation des planètes

Illustration de C/2014 S3 (Pan-STARRS), un corps qui de par son orbite peut être confondu avec une comète à longue période (en l’occurrence environ 830 ans) mais qui présente les caractéristiques d’un astéroïde primitif. Exilé il y a plusieurs milliards d’années dans les régions glacées, il a subi peu d’altérations du Soleil et de collisions avec d’autres objets, au contraire de ceux qui sont parqués dans la ceinture principale d’astéroïdes — Crédit : ESO, M. Kornmesser

Identifié de par son orbite de quelque 860 ans comme une comète, mais une comète sans queue (d’où son surnom de comète Manx), l’objet C/2014 S3 (Pan-STARRS) apparait comme étant le vestige bien conservé du matériau constitutif de planètes comme la Terre. Après des milliards d’années d’exil dans le nuage d’Oort, il revient dans sa région d’origine. C’est la première fois que des astronomes surprennent un tel objet, témoin de la formation des planètes rocheuses.

Comment obtient-on un système planétaire comme le nôtre, structuré avec quatre planètes rocheuses relativement proches du foyer solaire et séparées de quatre géantes gazeuses par une ceinture d’astéroïdes (sans oublier dans les confins du Système solaire, la ceinture de Kuiper et le vaste nuage d’Oort…) ? Faute de pouvoir remonter le temps, jusqu’à 4,6 milliards d’années, pour espionner le chantier autour du Soleil naissant, les astronomes s’efforcent donc de reconstituer la scène à travers des modèles et aussi en étudiant les systèmes en formation dans notre voisinage galactique.

Autre piste prometteuse, les comètes et astéroïdes, les unes et les autres étant considérés comme de véritables fossiles du Système solaire primitif. C’est entre autres pour cette raison que plusieurs sondes spatiales ont été missionnées auprès de ces corps, telle Dawn (son nom signifie « Aube ») qui, après Vesta, orbite depuis plus d’un an autour de Cérès, tous deux dans la ceinture d’astéroïdes, ou, dans le cas des comètes, Rosetta qui escorte la désormais célèbre Tchouri (de son vrai nom 67P/Tchouriumov-Gerasimenko) depuis 20 mois. Ces dernières, originaires des régions les plus froides du Système solaire, présentent l’avantage d’avoir préservé dans leurs glaces la matière primitive qu’elles avaient alors agrégée.

Dans ces populations variées de petits corps célestes, les chercheurs surprennent des cas particuliers comme Cérès, lequel a un comportement de comètes (il n’est pas exclu que la planète naine ait migré depuis la ceinture de Kuiper) ou, à l’inverse, C/2014 S3 (Pan-STARRS), dont les caractéristiques inhabituelles lui ont valu d’être surnommée comète Manx, en référence aux chats du même nom qui n’ont pas de queue. Celle-ci est plutôt une comète rocheuse, la première aussi d’un nouveau genre.

Portrait de C/2014 S3 (Pan-STARRS) réalisé avec le VLT au Chili — Crédit : © K. Meech (IfA/UH), CFHT, ESO

De retour vers sa terre natale

L’objet C/2014 S3 (Pan-STARRS) découvert, comme son nom l’indique en 2014 par le premier télescope du programme Pan-STARRS (Panoramic Survey Telescope And Rapid Response System) installé à Hawaï sur le mont Haleakala, se distingue donc de la plupart des comètes par sa quasi-absence de queue de gaz et de poussière, caractéristique bien connue de ces corps glacés. Dans son cas, très peu de sublimation de glace d’eau, ce qui lui confère une queue fantomatique, plus d’un million de fois moins lumineuse que celle d’une comète placée à la même distance du Soleil (alors à un peu plus de 300 millions de km du Soleil).

Pourtant, avec son orbite elliptique estimée à environ 860 ans, il imite le parcours de celles dites de longue période. Un indice qui invite à penser que depuis des milliards d’années, il résidait dans ce qui est considéré comme un immense réservoir de comètes potentielles : le nuage de Oort. Endormi, conservé bien au frais, l’objet a échappé à notre vigilance jusqu’à ce que, délogé, il se hasarde dans le Système solaire interne et apparaisse enfin sur nos relevés du ciel.

Pour l’équipe qui l’a étudié attentivement durant plusieurs semaines avec le CFHT, à Hawaï, puis le VLT, au Chili, ce corps céleste est un vestige de la formation des planètes telluriques comme la Terre, il aurait été créé dans ce secteur proche du Soleil puis aurait ensuite été malencontreusement expulsé dans les contrées froides et lointaines. Après un exil de 4,5 milliards d’années, le voici de retour, sur le lieu de ses origines… Enfin, plutôt qu’un retour, il s’agit d’un passage.

Les observations de sa surface suggèrent qu’il est rocheux, de type S, soit riche en silicates comme environ 30 % de ses congénères dont beaucoup figurent dans la frange interne de la ceinture principale d’astéroïdes.

« Nous connaissons déjà de nombreux astéroïdes, mais ils ont tous été cuit (et recuit) par des milliards d’années auprès du Soleil, précise Karen Meech, de l’Institut d’astronomie de l’université d’Hawaï et auteure principale de l’étude publiée le 29 avril dans Science Advances. Celui-ci est le premier astéroïde à ne pas avoir été cuit que nous ayons trouvé. Il a été conservé dans le meilleur congélateur qui puisse avoir ».

Pour tester ce que prédisent certains modèles théoriques, à savoir que les corps rocheux et secs équivalents à celui-ci sont un certain nombre – dans des proportions variables d’un modèle à l’autre – parmi la population de comètes du nuage de Oort, il faudra en débusquer 50 à 100 autres, estiment les chercheurs. « Nous avons découvert la toute première comète rocheuse, et sommes à la recherche d’autres objets de ce type », commente le coauteur Olivier Hainaut, chercheur à l’Eso à Garching. « En fonction de leur nombre, nous pourrons savoir si les planètes géantes ont parcouru le Système solaire durant leur enfance, ou si elles ont grandi tranquillement, sans se déplacer autant. » L’enquête progresse.

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