Surprise ! De l’oxygène moléculaire dans la queue de la comète Tchouri

Jamais comète n’a été autant espionnée que 67P/Churyumov-Gerasimenko alias Tchouri. Après un long voyage, Rosetta a en effet commencé à l’escorter le 6 août 2014 alors que le noyau bilobé s’approchait du Système solaire interne, fournissant ainsi aux chercheurs des données quotidiennes sur son activité en pleine croissance. Cela a donc débuté un an avant le périhélie (qui était le 13 août 2015), la sonde naviguant tantôt très près de la surface, tantôt à plusieurs centaines de km puis, exceptionnellement, entre fin septembre et début octobre 2015, jusqu’à 1 500 km du centre afin d’étudier avec un peu plus de recul la chevelure (coma) et son environnement de plasma en cette période de grande effervescence. À ces observations en continu et in situ, auxquelles a pris part quelques jours, ne l’oublions pas, l’atterrisseur Philae, il faut ajouter aussi celles réalisées depuis la Terre par des télescopes inscrits dans un programme dédié. Ceux-ci offrent une vue aux contours certes plus flous (la comète a actuellement une magnitude 12) et biaisée par le filtre de notre atmosphère — d’où le besoin pour les spécialistes de suivre sur place, à travers les yeux de sondes spatiales, ces astres témoins de la formation du Système solaire —, mais, c’est néanmoins une vue d’ensemble de la queue de l’astre.

Tchouri photographiée depuis la Terre, le 30 septembre 2015, par le télescope Liverpool. Les petits cercles rouges indiquent, pour celui de droite, le noyau bilobé, et pour celui de gauche, la position de Rosetta qui, à cette période-là, s’était éloignée de 1 500 km du centre. Environ 205 millions de km nous séparaient de l’astre
Tchouri photographiée depuis la Terre, le 30 septembre 2015, par le télescope Liverpool. Les petits cercles rouges indiquent, pour celui de droite, le noyau bilobé, et pour celui de gauche, la position de Rosetta qui, à cette période-là, s’était éloignée de 1 500 km du centre. Environ 205 millions de km nous séparaient de l’astre

Ainsi, le 31 août dernier, deux semaines et demi après le périhélie, au plus fort donc de l’été pour Tchouri qui était à moins de 200 millions de km du Soleil, les mesures faites avec le télescope TRAPPIST à l’observatoire de La Silla au Chili, ont indiqué qu’environ une tonne de poussière était éjectée chaque seconde. Ce qui représente, en cette période faste, entre 100 000 et 115 000 tonnes par jour. Cela peut paraître énorme, mais en réalité ce n’est pas grand-chose en comparaison de la masse totale de la comète qui est de 10 milliards de tonnes. À ce rythme-là, le noyau de 4 km peut perdre en 100 jours, entre 40 et 50 cm d’épaisseur. Chaque retour, tous les 6 ans et demi, amenuise ainsi peu à peu ce corps glacé issu de la ceinture de Kuiper. Les chercheurs estiment que ces milliards de petits grains représentent environ 80 % de la matière essaimée. Pour le reste, il s’agit essentiellement de glaces d’eau, de monoxyde et de dioxyde de carbone sublimées. D’autres gaz, communément détectés dans la queue de nombreuses comètes, ont été identifiés par les spectrographes installés au foyer de télescopes terrestres, notamment le radical cyano·CN, surnommé dans sa forme moléculaire cyanogène (CN2), qui est le produit de la dissociation du toxique cyanure d’hydrogène (HCN) par le rayonnement solaire. Il y a également des traces de CH, C3 et des radicaux libres C2 et OH, crées par les ultraviolets du Soleil qui brisent les molécules d’eau.

Le dégazage de Tchouri vu de l’intérieur

Tous ces composés restent difficiles à quantifier depuis la Terre. Sur place, à l’intérieur de l’atmosphère (ou chevelure) de Tchouri, générée par le dégazage qui s’est intensifié ces derniers mois, Rosetta et le spectromètre de masse de ROSINA, identifient avec davantage de clarté les divers ingrédients libérés par le noyau cométaire. Le rapport isotopique Deutérium/Hydrogène de ses glaces, trois fois supérieur à celui des océans de notre planète bleue, vient de confirmer la proposition déjà émise que l’eau terrestre n’a pas la même origine que celle des comètes, du moins de cette famille. Une origine qui serait donc plutôt à rechercher du côté des astéroïdes, riches en matériaux volatils…

L’observation, pour le moins surprenante (c’est une première), en octobre 2014, d’une relative abondance d’un gaz rare, l’argon, corrobore ces résultats. « La teneur en argon relativement élevée de la comète 67P/C-G comparée avec la Terre argue de nouveau contre une origine cométaire de l’eau terrestre, de façon indépendante à la précédente conclusion de ROSINA sur le rapport Deutérium/Hydrogène » a expliqué Hans Balsiger (université de Berne) qui a dirigé cette nouvelle étude publiée en octobre dans Science Advances. Le rapport argon-sur-eau est ainsi beaucoup plus élevé que pour celui de la Terre. En outre, les chercheurs ont profité de sa détection pour confronter son abondance dans les glaces du noyau aux modèles sur la formation de la comète. Cela aurait bien eu lieu aux confins du Système solaire, pour que des matériaux très volatiles comme celui-ci puissent être piégés par les grains embryonnaires à basse température au sein de la nébuleuse protosolaire.

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Première découverte d’oxygène moléculaire dans la queue d’une comète

Toutefois la plus grande surprise est la détection par ROSINA d’oxygène moléculaire (O2) dans l’atmosphère de Tchouri. C’est la première fois qu’on en détecte dans la chevelure d’une comète. On en trouve certes en abondance dans notre atmosphère, mais son origine est liée à la photosynthèse depuis plusieurs milliards d’années. Les seules traces que l’on trouve ailleurs dans le Système solaire sont sur certaines lunes glacées de Jupiter et de Saturne. Autrement, on a rarement observé au sein de nuages interstellaires. Pourtant, paradoxalement, l’oxygène est le troisième élément que l’on rencontre le plus souvent dans l’Univers, après l’hydrogène et l’hélium. Mais comme il est très réactif au rayonnement ultraviolet des étoiles, il préfère se combiner au plus abondant de tous les atomes, pour former de l’eau (H2O), une précieuse molécule pour nous tous qui est loin d’être rare dans le cosmos.

Alors, comment expliquer sa présence dans Tchouri ? Est-il le produit du bombardement d’UV et de rayons cosmiques qui ont dissocié l’eau en surface ou a-t-il été plutôt incorporé durant la formation de l’astre, il y a plus de 4,5 milliards d’années ? Les 3 000 échantillons étudiés entre septembre 2014 et mars 2015 ne vont pas dans le sens de la première proposition. En effet, si les processus dits de photolyse et de radiolyse ont produit le dioxygène lorsque Tchouri résidait dans la ceinture de Kuiper, celui-ci se serait accumulé dans les couches superficielles. Mais depuis que la comète a changé d’orbite et se balade plus près du Soleil, tout le stock devrait s’être déjà évadé. Or, il y en a toujours et en abondance. Par ailleurs, ce processus a pu produire aussi de l’ozone (O3), comme on a détecté par exemple dans les anneaux de Saturne. Or, il n’y en a aucune trace dans l’environnement de la comète. En plus de cela, avec une moyenne de 3,8 %, le rapport O2/H2O est demeuré assez constant tout au long de la période étudiée. Aucune diminution significative n’a été enregistrée. Il ne vient donc pas d’une mince couche en surface. Leur report suggère aussi une origine commune.

Détection avec Rosina des différentes espèces dans l’atmopshère de Tchouri, à différentes dates et altitudes. L’oxygène moléculaire est plus abondant près de la surface
Détection avec Rosina des différentes espèces dans l’atmopshère de Tchouri, à différentes dates et altitudes. L’oxygène moléculaire est plus abondant près de la surface

Pour les chercheurs, il ne reste donc plus qu’à considérer la possibilité que l’oxygène moléculaire ait été emmagasiné durant la formation de la comète. Ce qui n’est pas sans leur poser une nouvelle énigme. Car pour que cela marche, il faut supposer que la température soit rapidement descendue entre – 173 °C et – 243 °C dans la région où les comètes croissent au sein de la nébuleuse protoplanètaire, afin que les grains de glace piègent le dioxygène disponible. Le processus d’accrétion a donc dû être doux pour que la molécule ne soit pas altérée par diverses réactions chimiques. « Une autre possibilité inclut que le Système solaire ait pu se former dans la partie inhabituellement chaude d’un nuage moléculaire dense, à des températures de 10-20 °C au-dessus de – 263 °C a estimé Ewine van Dishoeck (observatoire Leiden) qui a participé à ces recherches publiées dans Nature. Ce qui est toujours conforme avec les estimations des conditions de formation des comètes dans la nébuleuse solaire externe, ainsi qu’avec les résultats antérieurs au sujet de la faible abondance de diazote (N2). »

« C’est un débat intéressant, car il concerne l’histoire de notre Système solaire. Il s’agit de savoir ce qu’il reste aujourd’hui du milieu interstellaire très primitif par rapport à la phase suivante du disque protosolaire », a déclaré à Le Monde, Alexandre Faure, de l’Institut de planétologie et d’astrophysique de Grenoble.

Pour l’instant, nous restons dans l’expectative face à cette découverte inattendue. Conservant la mémoire des conditions qui régnaient à la naissance de notre étoile et de tous les corps qui l’entoure, les comètes ont encore beaucoup à nous apprendre sur nos origines. On notera par ailleurs que la recherche d’oxygène moléculaire dans l’atmosphère d’exoplanètes ou d’exolunes comme un potentiel biomarqueur est remise en question puisqu’on en trouve aussi désormais dans un milieu a priori stérile comme une comète.

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