Une comète rare venue de l'extérieur du système solaire offre aux astronomes une rare fenêtre sur ce à quoi ressemble un système planétaire « extraterrestre » né dans un environnement complètement différent de celui du système solaire. L'objet, nommé 3I/ATLAS, a été découvert il y a moins d'un an alors qu'il traversait notre système solaire. Même si les scientifiques ne savent toujours pas exactement d'où elle est originaire, une nouvelle étude menée par l'Université du Michigan montre que la comète s'est très probablement formée dans une région inhabituellement froide de l'univers.
La recherche a été publiée dans le dernier numéro de « Nature Astronomy ». La principale découverte est que l'eau contenue dans 3I/ATLAS est riche en un type particulier de molécules d'eau appelée « eau lourde », caractérisée par une teneur anormalement élevée en deutérium (hydrogène lourd). La recherche a reçu un financement de la National Science Foundation des États-Unis et de l’Agence nationale chilienne pour la recherche scientifique et le développement, entre autres. L'équipe de recherche a souligné que grâce à ce rapport isotopique spécial, les scientifiques peuvent effectuer des « déductions inverses » chimiques sans précédent sur les conditions de formation d'autres systèmes planétaires dans la Voie Lactée.
Les molécules d'eau sont constituées de deux atomes d'hydrogène et d'un atome d'oxygène et ont la formule chimique H₂O. Dans l’eau ordinaire, les atomes d’hydrogène ne contiennent qu’un seul proton ; le deutérium, un isotope plus lourd de l'hydrogène, contient à la fois des protons et des neutrons dans le noyau. Les chercheurs ont découvert qu'une proportion significative des molécules d'eau contenues dans 3I/ATLAS étaient de l'« eau deutérée », c'est-à-dire de l'eau lourde contenant du deutérium. L'eau lourde se trouve sur Terre et dans les comètes de tout le système solaire, mais la quantité dans 3I/ATLAS dépasse de loin les observations précédentes.
"Le rapport entre le deutérium dans l'eau lourde et l'hydrogène ordinaire dans cette comète est plus élevé que ce que nous observons dans d'autres systèmes planétaires et comètes planétaires", a déclaré Luis Salazar Manzano, premier auteur de l'article et doctorant au département d'astronomie de l'Université du Michigan. L'étude montre que le rapport deutérium/hydrogène de l'eau de 3I/ATLAS est environ 30 fois supérieur à celui mesuré pour n'importe quelle comète du système solaire, et environ 40 fois supérieur à celui trouvé dans les océans de la Terre. Ce rapport extrême suggère qu’il s’est formé dans un environnement extrêmement froid et qu’il a reçu des niveaux de rayonnement bien inférieurs à ceux de l’environnement local lorsque le système solaire était jeune.
L'équipe de recherche scientifique a souligné que les rapports chimiques tels que le deutérium/hydrogène dans l'eau constituent des « empreintes digitales » importantes pour comprendre les conditions de formation des comètes et des planètes. Après avoir comparé les signatures chimiques de 3I/ATLAS avec celles des objets du système solaire, les chercheurs ont conclu que la comète était probablement née dans une région interstellaire où les températures étaient plus froides et le rayonnement plus faible. "Cela prouve que les conditions qui ont contribué à la formation de notre système solaire ne constituent pas un modèle universel dans l'univers." Teresa Paneque-Carreño, l'une des co-responsables du journal et professeur adjoint d'astronomie à l'Université du Michigan, a souligné : « Cela peut sembler évident, mais de nombreux jugements scientifiques apparemment « évidents » doivent être confirmés un par un avec des données.
Pour mener une analyse chimique aussi détaillée d’un visiteur interstellaire, la chance est également cruciale. Premièrement, 3I/ATLAS doit être découvert suffisamment tôt dans le système solaire pour que les astronomes puissent saisir à temps le temps d'observation des principaux télescopes. Après avoir effectué la confirmation initiale, Salazar Manzano et son équipe ont demandé avec succès un temps d'observation à l'observatoire MDM en Arizona, aux États-Unis, où ils ont capturé certains des premiers signes du gaz libéré par la comète.
Il a ensuite collaboré avec Panek-Carreño, spécialisé dans les études de composition moléculaire à l'aide du télescope Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) au Chili. ALMA est suffisamment sensible pour distinguer les faibles différences de signal entre l’eau ordinaire et l’eau lourde deutérée, permettant ainsi à l’équipe de calculer directement le rapport entre les deux. Les scientifiques soulignent que c’est la première fois qu’une analyse aussi fine des isotopes de l’eau est réalisée avec succès sur un objet interstellaire.
"Être à l'Université du Michigan et avoir accès à ces installations est essentiel pour rendre ce travail possible", a déclaré Salazar Manzano. Il a déclaré que les membres de l'équipe possèdent une riche expérience et des atouts complémentaires dans plusieurs domaines, ce qui leur permet d'intégrer efficacement différentes données d'observation et de donner des explications physiques capables de résister aux tests.
Jusqu’à présent, la communauté astronomique n’a confirmé que trois visiteurs interstellaires dans le système solaire, dont 3I/ATLAS. Les chercheurs estiment que cette étude montre que tant que les conditions d'observation le permettent, un « examen physique » chimique des objets interstellaires est tout à fait réalisable à l'avenir, ce qui ouvrira une nouvelle fenêtre pour comprendre le processus de formation de divers systèmes planétaires dans la Voie Lactée. Avec la mise en ligne d’une nouvelle génération d’installations d’étude du ciel, la découverte de ces visiteurs interstellaires devrait augmenter considérablement.
Panek-Carreño a également souligné que l'importance de protéger le ciel nocturne et de réduire la pollution lumineuse augmente de jour en jour. Ce n’est qu’avec un fond de ciel suffisamment clair et sombre que les astronomes pourront continuer à capturer ces signaux faibles provenant de l’espace lointain.