D’importantes quantités de monoxyde de carbone dans le noyau de la comète interstellaire 2I/Borisov

La comète 2I/Borisov, un objet interstellaire entré dans notre système solaire l'année dernière, continue de fasciner la communauté scientifique. En pointant les antennes de l’observatoire ALMA et d’autres télescopes tels que TRAPPIST-Sud de l’ULiège, des chercheurs ont pu observer directement les composés chimiques stockés à l'intérieur de la comète, faisant apparaitre de grandes quantités de monoxyde de carbon (CO), ce qui était assez inattendu. Cette étude fait l’objet d’une publication dans la revue Nature Astronomy.

L

a comète 2I/Borisov , découverte le 30 août 2019 par l'astronome amateur Gennady Borisov, n'est que le deuxième objet interstellaire à avoir été détecté dans notre système solaire. Découverte relativement rapidement, les scientifiques ont pu mener différentes observations afin d’en savoir un peu plus sur cet objet venu d’ailleurs. Et cette fois, c’est à l’aide des antennes du radiotélescopes géant de l’Observatoire ALMA (Atacama Large Millimeter Array) et du télescope TRAPPIST-Sud, situés dans le désert de l’Atacama au Chili, que les chercheurs ont pu caractériser de façon plus fine la composition de cette comète.

Les observations réalisées par l’équipe internationale dirigée par Martin Cordiner et Stefanie Milam du Goddard Space Flight Center de la NASA - et à laquelle a pris part l’astronome Emmanuël Jehin, maître de recherches FNRS au sein de l'Unité de recherche STAR (Faculté des Sciences) de l’Université de Liège -  ont révélé que le gaz s'échappant de la comète 2I/Borisov contenait des quantités inhabituellement élevées de monoxyde de carbone (CO). La concentration de CO est supérieure à ce que quiconque avait mesuré jusque-là dans une comète à moins de 2 unités astronomiques du Soleil (c'est-à-dire à moins de 300 millions de kilomètres).

Les astronomes s'intéressent fortement aux comètes, car ces astres passent la plupart de leur temps à grande distance de leur étoile dans des environnements très froids, et, contrairement aux planètes, leur composition n'a pas changé de manière significative depuis leur formation. Par conséquent, les comètes sont de véritables fossiles cosmiques qui aident à comprendre les processus qui se sont déroulés lors de leur formation dans les disques protoplanétaires. "Avec la récente découverte de comètes venant d'autres systèmes solaires, c'est la composition de la matière et l'histoire de ces systèmes planétaires lointains qu'elles nous permettent aujourd’hui d'atteindre !", souligne Emmanuël Jehin co-auteur de l'article publié dans la revue Nature Astronomy.

ALMA a permis de détecter deux molécules dans le gaz éjecté par la comète : du cyanure d'hydrogène (HCN) et du monoxyde de carbone (CO). Alors que l'équipe s'attendait à voir des quantités similaires de HCN  à ce qu'on trouve dans les comètes du système solaire, ils ont été surpris de voir de grandes quantités de CO. "La comète doit avoir été formée à partir de matériaux très riches en glace de CO, qui n'est présent qu'aux températures les plus basses dans l'espace, en dessous de -250 degrés Celsius", explique la planétologue Stefanie Milam.

Le monoxyde de carbone est l'une des molécules les plus courantes dans l'univers et se trouve à l'intérieur de la plupart des comètes. Pourtant, il y a d'énormes variations dans la concentration de CO d'une comète à l'autre et personne ne sait vraiment pourquoi. Cela pourrait être lié à l'endroit où la comète s'est formée et/ou à sa trajectoire orbitale qui la conduit, à son approche du Soleil, à libérer les glaces les plus volatiles de son noyau, dont fait partie le CO.

"Si les gaz que nous avons observés reflètent la composition du lieu de naissance de 2I/Borisov, cela montre qu'elle peut s'être formée d'une manière différente des comètes de notre système solaire, dans une région extrêmement froide d'un système planétaire éloigné", ajoute Martin Cordiner, spécialiste de l'étude des comètes dans le domaine radio. Cette région peut être comparée à la région très froide des corps glacés au-delà de Neptune, appelée la ceinture de Kuiper.

L'équipe ne peut que spéculer sur le type d'étoile qui a hébergé le système planétaire de 2I/Borisov. "La plupart des disques protoplanétaires observés avec l'ALMA se trouvent autour de versions plus jeunes d'étoiles de faible masse comme le Soleil", explique Cordiner. « Beaucoup de ces disques s'étendent bien au-delà de la région où nos propres comètes se seraient formées et contiennent de grandes quantités de gaz et de poussière extrêmement froids. Il est possible que 2I/Borisov provienne d'un de ces disques plus larges."

Le petit télescope robotique TRAPPIST-Sud, dirigé et piloté par des chercheurs de l’Université de Liège et installé à l'Observatoire de la Silla, s'est joint aux antennes radio géantes du réseau ALMA pour observer la comète en lumière visible. "Dans ce domaine de longueur d'onde, nous détectons de petites molécules qui sont les produits de la photo-dissociation par la lumière UV du Soleil des molécules mères plus grosses libérées directement des glaces du noyau et qui sont, elles, observées par ALMA dans le domaine radio", précise Emmanuël Jehin. "Au cours de notre suivi régulier de la comète avec TRAPPIST, nous avons détecté dans l'atmosphère de 2I/Borisov la molécule CN simultanément aux observations ALMA de sa molécule parent, le HCN, permettant de vérifier le lien entre ces deux espèces et trouver, contrairement au CO, une abondance normale pour ces molécules".

En raison de sa vitesse très élevée dans notre système solaire (33 km/s), les astronomes ont compris rapidement que 2I/Borisov venait d'un autre système planétaire que le nôtre, et avait dû être expulsée probablement lors d'une interaction avec une étoile proche ou une planète géante. Elle a ensuite passé des millions, peut-être même des milliards d'années dans un voyage solitaire à travers l'espace interstellaire glacé avant d'être découverte le 30 août 2019 par l'astronome amateur Gennady Borisov.

2I/Borisov n'est que le deuxième objet interstellaire à être détecté dans notre système solaire. Le premier - 1I/ ’Oumuamua - a été découvert en octobre 2017, date à laquelle il s'éloignait déjà, ce qui a rendu difficile son étude détaillée, notamment pour savoir s'il s'agissait d'une comète, d'un astéroïde ou d'autre chose. La présence d'une atmosphère de gaz et de poussière entourant 2I/Borisov en a fait la première comète interstellaire active confirmée.

Jusqu'à ce que d'autres comètes interstellaires soient observées, la composition assez inhabituelle de 2I/Borisov ne peut pas être facilement expliquée et soulève de nombreuses questions. Sa composition est-elle typique des comètes interstellaires? Verrons-nous plus de comètes interstellaires dans les années à venir avec des compositions chimiques particulières ? Que révéleront-elles sur la formation des planètes dans d'autres systèmes stellaires?

"2I/Borisov nous a donné un premier aperçu de la chimie qui a façonné un autre système planétaire", conclu Milam. "Mais ce n'est que lorsque nous pourrons la comparer à d'autres comètes interstellaires que nous apprendrons si 2I/Borisov est un cas spécial, ou si les objets d’origine interstellaire présentent des niveaux de CO inhabituellement élevés. »

Référence Scientifique

M. Cordiner & S. Milam, et al., Unusually high CO abundance of the first active interstellar comet, Nature Astronomy, Avril 2020 

Contacts

Université de Liège

Emmanuel JEHIN | STAR Research Institute | Faculté des Sciences

NASA Goddard Space Flight Center

Martin CORDINER

Stefanie MILAM

Illustration : Vue artistique de la comète 2I/Borisov - Credit: NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello