Des surprenante vapeurs de métaux lourds découvertes dans les comètes

Publié par Adrien le 21/05/2021 à 09:00
Source: ESO
Une nouvelle étude réalisée par une équipe belge à l'aide des données du Very Large Telescope de l'Observatoire Européen Austral (VLT de l'ESO) a montré que le fer et le nickel existent dans l'atmosphère des comètes du système solaire, même lorsqu'elles sont loin du Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile...). Une étude distincte réalisée par une équipe polonaise, qui a elle aussi utilisé des données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) de l'ESO, a révélé que le nickel (Le nickel est un élément chimique, de symbole Ni et de numéro atomique 28.) sous forme gazeux est également présent dans la comète (En astronomie, une comète est un petit astre brillant constitué de glace et de...) interstellaire 2I/Borisov. C'est la première fois que des atomes aussi lourds, habituellement observés dans les environnements chauds, sont découverts dans l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) froide de comètes lointaines.


"Ce fut une grande surprise de détecter des atomes de fer (Le fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le...) 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 (Le froid est la sensation contraire du chaud, associé aux températures basses.) de l'espace", déclare Jean Manfroid de l'Université de Liège (L’Université de Liège est une université de Belgique située à...), en Belgique, premier auteur de la nouvelle étude sur les comètes du système solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le...) publiée dans Nature.

Les astronomes connaissent l'existence de métaux lourds dans les poussières et les roches des noyaux cométaires. Mais, étant donné que les métaux sous forme solide ne se "subliment" généralement pas (deviennent gazeux) à basse température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...), ils ne s'attendaient pas à les trouver dans l'atmosphère des comètes qui voyagent loin du Soleil. Les vapeurs de nickel et de fer sont même détectées dans des comètes observées à plus de 480 millions de kilomètres (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système...) du Soleil, soit plus de trois fois la distance Terre-Soleil.

L'équipe belge a trouvé que le fer et le nickel sont en quantités à peu près égales dans l'atmosphère de toutes comètes observées. Dans la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...) du système solaire, par exemple dans le Soleil et les météorites, on trouve généralement environ dix fois plus de fer que de nickel. Ce nouveau résultat a donc des répercussions sur la manière dont les astronomes comprennent la formation des comètes et du système solaire, bien que l'équipe soit toujours en train (Un train est un véhicule guidé circulant sur des rails. Un train est composé de...) d'essayer de comprendre ce que sont ces répercussions.

"Les comètes se sont formées il y a environ 4,6 milliards d'années, dans le très jeune système solaire, et n'ont quasi plus changé depuis. En ce sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but...), elles sont comme des fossiles pour les astronomes", explique Emmanuel Jehin, co-auteur de l'étude et également chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la...) à l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) de Liège.

Alors que les spectres optiques des comètes sont étudiés depuis des décennies, personne n'avait jusqu'à présent repéré la présence de nickel et de fer dans leurs atmosphères. "Cette découverte est passée sous les radars pendant de nombreuses années", explique Emmanuel Jehin.

L'équipe a utilisé les données de l'instrument UVES (Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph) du VLT de l'ESO, qui utilise la technique de la spectroscopie, pour analyser les atmosphères des comètes à différentes distances du Soleil. Cette technique permet aux astronomes de révéler la composition des astres: chaque élément chimique, atome (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut...) ou molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui...), laisse en effet une signature unique - un ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) de raies - dans le spectre lumineux des objets observés.

L'équipe belge a repéré des raies faibles et non identifiées dans les spectres UVES et, en y regardant de plus près, elle a remarqué qu'elles signalaient la présence d'atomes neutres de fer et de nickel. Les chercheurs estiment que pour 100 kg d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...) dans l'atmosphère des comètes, il n'y a que 1 g de fer et à peu près la même quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) 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. Nous sommes arrivés à la conclusion qu'ils pourraient provenir d'un type particulier de matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne...) à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) 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 belge de l'Université de Liège.

Bien que les chercheurs ne soient pas encore sûrs de la nature exacte de ce matériau, les progrès de l'instrumentation (Le mot instrumentation est employé dans plusieurs domaines :) pour l'astronomie (L’astronomie est la science de l’observation des astres, cherchant à expliquer...) - comme l'instrument METIS (Mid-infrared ELT Imager and Spectrograph) du prochain Extremely Large Telescope (ELT) de l'ESO - devraient permettre aux chercheurs de confirmer la source des atomes de fer et de nickel présents dans l'atmosphère des comètes.

L'équipe belge espère que cette étude ouvrira la voie à de futures recherches. "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".

Métaux lourds interstellaires

Une autre étude remarquable publiée aujourd'hui dans la revue Nature montre que des métaux lourds sont également présents dans l'atmosphère de la comète interstellaire 2I/Borisov. Une équipe polonaise a observé cet objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans...), la première comète interstellaire à visiter notre système solaire, à l'aide du spectrographe X-shooter du VLT de l'ESO lors du passage au périhélie (Le périhélie est le point de l'orbite d'un corps céleste (planète, comète,...) de la comète il y a environ un an et demi. 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 l'auteur de l'étude, Piotr Guzik, de l'université Jagellonne en Pologne. Cette découverte est surprenante car, avant les deux études publiées aujourd'hui, les gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...) contenant des atomes de métaux lourds n'avaient été observés que dans des environnements chauds, par exemple dans l'atmosphère d'exoplanètes ultra-chaudes ou de comètes en cours d'évaporation (L'évaporation est un passage progressif de l'état liquide à l'état gazeux. Elle est différente...) qui passaient trop près du Soleil. 2I/Borisov a été observée alors qu'elle se trouvait à quelque 300 millions de kilomètres du Soleil, soit environ deux fois la distance Terre-Soleil.

L'étude détaillée des objets interstellaires est fondamentale (En musique, le mot fondamentale peut renvoyer à plusieurs sens.) pour la science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire...) car ils sont porteurs d'informations inestimables sur les systèmes planétaires extraterrestres dont ils sont issus. "Tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) à coup, nous avons compris que le nickel est présent dans les atmosphères cométaires dans d'autres coins de la Galaxie (Une galaxie est, en cosmologie, un assemblage d'étoiles, de gaz, de poussières et de...)", explique le coauteur Michał Drahus, également de l'Université Jagellonne.

Les études polonaise 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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