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Des vapeurs de métaux lourds dans des comètes lointaines du Soleil

La comète parmi des étoiles.

Cette image présente la comète C/2016 R2 située à l’extérieur du système solaire.

Photo : ESO/SPECULOOS Team/E. Jehin

Radio-Canada

Du fer et du nickel existent dans l'atmosphère des comètes du système solaire, même lorsqu’elles sont loin du Soleil, montrent les travaux réalisés par des scientifiques belges et polonais à l’aide du Très Grand Télescope de l'Observatoire européen austral (ESO).

C'est la première fois que des atomes aussi lourds, habituellement observés dans les environnements chauds, sont découverts dans l'atmosphère froide de comètes lointaines, explique l’ESO par voie de communiqué.

La détection des métaux lourds que sont le fer (Fe) et le nickel (Ni) dans l'atmosphère d'une comète est illustrée dans cette image.

Les pics présents dans le spectre appartiennent à des éléments bien précis, ceux produits par le fer et le nickel sont indiqués par des tirets bleus et orange, respectivement.

Photo : SO/L. Calçada, SPECULOOS Team/E. Jehin, Manfroid et al.

Ce fut une grande surprise de détecter des atomes de fer et de nickel dans l'atmosphère de toutes les comètes que nous avons observées au cours des deux dernières décennies, soit une vingtaine d'entre elles, et même dans celles éloignées du Soleil, dans le froid de l’espace, a déclaré Jean Manfroid de l'Université de Liège, en Belgique.

Repères

  • Une comète est constituée de roches, de poussières et de glace.
  • Les comètes se sont formées au même moment que notre système solaire, il y a 4,6 milliards d'années.
  • Une comète est composée de trois parties : le noyau, la chevelure et la queue.
  • Le noyau et la chevelure constituent la tête de la comète.

Les astronomes savaient qu’il existait des métaux lourds dans les poussières et les roches des noyaux cométaires. Ils ne s’attendaient toutefois pas en trouver dans leurs atmosphères lorsqu’elles se trouvent loin du Soleil, étant donné que les métaux sous forme solide ne se subliment généralement pas à basse température (la sublimation est le passage de l'état solide à l'état gazeux).

Les vapeurs de nickel et de fer sont même détectées dans des comètes observées à plus de 480 millions de kilomètres du Soleil, soit plus de trois fois la distance Terre-Soleil, poursuit le communiqué.

Les scientifiques ont découvert que le fer et le nickel sont en quantités à peu près égales dans l'atmosphère de toutes les comètes observées. Or, dans la matière du système solaire, par exemple dans le Soleil et les météorites, on trouve généralement environ dix fois plus de fer que de nickel.

Ces nouvelles données auront donc des répercussions sur la manière dont les astronomes comprennent la formation des comètes et du système solaire.

Les comètes [...] sont comme des fossiles pour les astronomes, explique Emmanuel Jehin, co-auteur de l'étude et également chercheur à l'Université de Liège.

Les spectres optiques des comètes sont étudiés depuis des décennies, mais personne n'avait détecté la présence de nickel et de fer dans leurs atmosphères.

Cette découverte est passée sous les radars pendant de nombreuses années.

Une citation de :Emmanuel Jehin

Pour y parvenir, les chercheurs ont utilisé les données du spectrographe échelle en lumière visible et ultraviolette du télescope de l'ESO, qui analyse les atmosphères des comètes à différentes distances du Soleil.

Cette technique permet aux astronomes de révéler la composition des astres : chaque élément chimique, atome ou molécule, laisse en effet une signature unique – un ensemble de raies – dans le spectre lumineux des objets observés, explique l’ESO.

Les scientifiques ont repéré des raies faibles et non identifiées dans les spectres des données du spectrographe. En y regardant de plus près, ils ont remarqué qu'elles signalaient la présence d'atomes neutres de fer et de nickel.

Les chercheurs estiment que pour 100 kg d'eau dans l'atmosphère des comètes, il n'y a que 1 g de fer et à peu près la même quantité de nickel.

Habituellement, le fer est dix fois plus abondant que le nickel, et dans les atmosphères de ces comètes, nous avons trouvé à peu près la même quantité pour les deux éléments, expliquent les auteurs belges de ces travaux publiés dans la revue Nature (Nouvelle fenêtre) (en anglais).

Nous sommes arrivés à la conclusion qu'ils pourraient provenir d'un type particulier de matériau à la surface du noyau de la comète, se sublimant à une température assez basse et libérant du fer et du nickel dans des proportions à peu près identiques, explique Damien Hutsemékers, également membre de l'équipe de l'Université de Liège.

Une nature mystérieuse

Pour le moment, les scientifiques ne connaissent pas encore la nature exacte de ce matériau, mais les progrès de l’instrumentation pour l'astronomie […] devraient permettre aux chercheurs de confirmer (dans les prochaines années) la source des atomes de fer et de nickel présents dans l'atmosphère des comètes.

Maintenant, d’autres vont rechercher ces raies et celles des autres métaux dans les données provenant de nombreux télescopes, explique Emmanuel Jehin.

Nous pensons que cela va également déclencher de nouveaux travaux sur le sujet.

Une citation de :Emmanuel Jehin

Métaux lourds interstellaires

Une équipe polonaise a quant à elle montré que des métaux lourds sont également présents dans l'atmosphère de la comète interstellaire 2I/Borisov, la première de ce type à visiter notre système solaire.

La comète 2I/Borisov ressemble à une roche poreuse.

Représentation artistique de la comète 2I/Borisov.

Photo : ESO/M. Kormesser

Ces métaux ont été observés à l’aide du spectrographe X-shooter du VLT de l'ESO lors du passage au périhélie de la comète il y a environ un an et demi, lorsqu’elle se trouvait à quelque 300 millions de kilomètres du Soleil, soit environ deux fois la distance Terre-Soleil. Ils ont découvert que l'atmosphère de 2I/Borisov contient aussi du nickel gazeux.

Au début, nous avions du mal à croire que le nickel atomique pouvait réellement être présent dans l’atmosphère de 2I/Borisov si loin du Soleil. Il nous a fallu de nombreux tests et vérifications avant de pouvoir nous convaincre, explique Piotr Guzik, de l'université Jagellonne.

Cette découverte est surprenante, car, avant les deux études publiées aujourd'hui, les gaz contenant des atomes de métaux lourds n'avaient été observés que dans des environnements chauds, par exemple dans l'atmosphère d'exoplanètes ultrachaudes ou de comètes en cours d'évaporation qui passaient trop près du Soleil.

Tout à coup, nous avons compris que le nickel est présent dans les atmosphères cométaires dans d'autres coins de la galaxie, affirme le coauteur Michał Drahus, également de l'Université Jagellonne.

Le détail de cette seconde étude est également publié dans la revue Nature (Nouvelle fenêtre) (en anglais)

Les travaux polonais et belge montrent que 2I/Borisov et les comètes du système solaire ont encore plus en commun qu'on ne le pensait. Imaginez maintenant que les comètes de notre système solaire aient leurs véritables analogues dans d'autres systèmes planétaires : c'est vraiment génial, conclut Michał Drahus.

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