Une atmosphère insoupçonnée découverte autour d'un objet du système solaire

Des astronomes ont récemment découvert une fine atmosphère entourant un corps céleste minuscule situé dans le système solaire externe, un phénomène jugé improbable jusqu'à présent. Ce corps, classé parmi les objets transneptuniens (TNO), se trouve dans la ceinture de Kuiper, une région de notre système solaire peuplée de milliers de corps rocheux et gelés, vestiges de sa formation il y a 4,5 milliards d'années.

Les objets transneptuniens : un aperçu du passé

Le plus grand de ces TNO est la planète naine Pluton, qui est située au-delà de l'orbite de Neptune. Les températures glaciales et la faible gravité de surface de ces petits corps ont longtemps conduit les astronomes à croire qu'ils ne pouvaient pas conserver d'atmosphères, à l'exception de Pluton, qui possède une atmosphère ténue. En règle générale, les atmosphères, notamment les plus denses, se forment autour des grandes planètes ou des lunes, comme Titan, le satellite principal de Saturne.

Une observation rare

Lors d'une occasion d'observation exceptionnelle, des astronomes japonais ont observé une fine couche d'atmosphère autour d'un TNO désigné (612533) 2002 XV93, comme l'indique une étude publiée le lundi dans la revue Nature Astronomy. Alors que Pluton a un diamètre de 2 377 kilomètres, 2002 XV93 mesure uniquement environ 500 kilomètres de large.

Une découverte qui pourrait changer la donne

Cette découverte inattendue a été réalisée par le Dr. Ko Arimatsu, professeur associé et conférencier senior à l'Observatoire astronomique national du Japon, et ses collègues. Elle pourrait offrir un aperçu sans précédent sur la formation et la conservation d'une atmosphère autour de petits objets, bouleversant ainsi notre compréhension des TNO.

Les conditions d'observation

À l'approche de janvier 2024, Arimatsu et son équipe se sont préparés à cette opportunité unique d'observer un TNO passant devant une étoile brillante, tel que vu depuis le Japon. 2002 XV93 possède une orbite standard pour un objet de la ceinture de Kuiper et est plus petit qu'une planète naine, ce qui ne le distinguait pas des autres TNO. Les moments où un TNO est illuminé par une étoile dans le fond cosmique, appelés occultations stellaires, sont de rares occasions d'étudier la taille, la forme et les caractéristiques d'un petit objet distant, a précisé Arimatsu.

Une atmosphère révélée

Les chercheurs se sont installés à trois endroits différents au Japon, utilisant des observatoires à Kyoto et dans la préfecture de Nagano, ainsi qu'un télescope géré par des scientifiques citoyens à Fukushima. La lumière de l'étoile a progressivement diminué alors que le TNO passait devant, suggérant la présence d'une atmosphère. Si un objet n'a pas d'atmosphère, une étoile disparaît et réapparaît de manière beaucoup plus nette.

Analyse des données d'observation

« Les données d'observation ont montré un changement progressif de la luminosité de l'étoile près du bord de l'ombre, durant environ 1,5 seconde », a écrit Arimatsu dans un courriel. « Ce type de changement de luminosité fluide s'explique naturellement si la lumière des étoiles est déviée par une atmosphère très mince autour de l'objet. »

Caractéristiques de l'atmosphère

Les chercheurs ont calculé que l'atmosphère de 2002 XV93 est environ 5 à 10 millions de fois plus mince que celle de la Terre. Ils envisagent deux hypothèses quant à son origine : elle pourrait être le résultat de cryovolcans, qui libèrent des gaz internes comme le méthane, l'azote ou le monoxyde de carbone depuis le sous-sol de l'objet, ou bien un autre objet de la ceinture de Kuiper, tel qu'une comète, pourrait avoir frappé 2002 XV93, libérant également des gaz.

Durée de l'atmosphère

Si l'atmosphère a été créée par un impact, elle pourrait ne durer que quelques centaines d'années, a indiqué Arimatsu. En revanche, si une activité cryovolcanique régulière réapprovisionne l'atmosphère par la libération de gaz, elle pourrait perdurer beaucoup plus longtemps. Des observations futures de 2002 XV93, soit par d'autres occultations stellaires, soit en utilisant le puissant télescope spatial James Webb, aideront les astronomes à mieux caractériser la nature de cette atmosphère et à déterminer son origine, ainsi que son évolution au fil du temps.

Perspectives d'avenir

« Si les prochaines observations d'occultation révèlent une diminution constante de la pression, cela suggérerait une origine d'impact à court terme », a précisé Arimatsu. Le télescope Webb pourrait également détecter des émissions de méthane ou de monoxyde de carbone provenant de l'objet et identifier la composition de l'atmosphère.

Une recherche en cours

L'équipe d'Arimatsu continue de rechercher des atmosphères autour d'autres TNOs en s'appuyant sur les observations d'occultation stellaire. Leurs découvertes pourraient aider à établir si 2002 XV93 est une rare exception à la règle ou si d'autres petits objets similaires possèdent également des atmosphères.

Réactions de la communauté scientifique

« C'était une découverte passionnante à lire », a déclaré le Dr. Scott S. Sheppard, scientifique de l'institut Carnegie pour la science à Washington, D.C. « On pensait que des objets comme 2002 XV93 seraient trop petits pour avoir une atmosphère, mais ce résultat prouve que ce n'est pas le cas. » Sheppard n'a pas participé aux recherches, mais il a étudié et découvert des TNOs.

Un système solaire vivant

Cette découverte met également en lumière une activité récente sur 2002 XV93, qu'il s'agisse d'éruptions de gaz gelés ou des conséquences de matériaux retombant lentement sur la surface de l'objet. « Cela montre que la ceinture de Kuiper n'est pas un endroit froid et mort », a écrit Sheppard dans un courriel, « mais qu'elle regorge d'activité et possède de nombreux éléments constitutifs de la vie. »