Des astronomes découvrent une atmosphère autour d'un corps céleste de notre système solaire, défiant les attentes

Une découverte inattendue dans le système solaire

Des astronomes ont fait une découverte surprenante en détectant pour la première fois une fine atmosphère autour d'un petit corps céleste situé dans le système solaire externe. Cet objet, précédemment considéré comme trop petit pour posséder une atmosphère, fait partie des milliers d'objets rocheux et gelés connus sous le nom d'objets transneptuniens (TNO), qui se trouvent dans la ceinture de Kuiper, à la périphérie de notre système solaire. Ces TNO sont des vestiges de la formation du système solaire, qui remonte à 4,5 milliards d'années.

Pluto et les TNO

Le plus grand de ces TNO est la planète naine Pluton, qui est située au-delà de l'orbite de Neptune. Pendant longtemps, les astronomes ont pensé que les températures glaciales et la faible gravité de surface de ces petits corps les empêchaient de retenir une atmosphère, à l'exception de Pluton, qui possède une atmosphère ténue. En général, les atmosphères, surtout les plus denses, se forment autour des grandes planètes ou des lunes, comme Titan, la plus grande lune de Saturne. En revanche, d'autres planètes naines comme Éris, Haumea, Makemake et le candidat à la planète naine Quaoar, qui sont les plus grands TNO après Pluton, ne semblent pas avoir d'atmosphère.

Une observation révolutionnaire

Lors d'une occasion d'observation rare, des astronomes au Japon ont réussi à identifier une fine enveloppe d'atmosphère autour d'un TNO connu sous le nom de (612533) 2002 XV93. Cette découverte, publiée lundi dans la revue Nature Astronomy, a été réalisée par le Dr Ko Arimatsu, professeur associé et chargé de cours au Observatoire astronomique national du Japon, et ses collègues. La taille de 2002 XV93, qui mesure environ 500 kilomètres de diamètre, est bien inférieure à celle de Pluton, qui fait 2 377 kilomètres.

Une atmosphère d'une légèreté inattendue

Cette découverte inattendue pourrait offrir un aperçu sans précédent sur la façon dont une atmosphère se forme et se maintient autour d'un objet de petite taille, et modifier la conception des astronomes à propos des objets dans la ceinture de Kuiper. À l'approche de janvier 2024, Arimatsu et son équipe se sont préparés pour la chance unique d'observer un TNO alors qu'il passait devant une étoile brillante, tel que vu depuis le Japon. 2002 XV93, ayant une orbite standard pour un objet de la ceinture de Kuiper, n'était pas considéré comme différent des autres TNO. Cependant, ces moments où un TNO est éclairé par une étoile dans le fond cosmique, appelés occultations stellaires, offrent des occasions rares d'étudier la taille, la forme et les caractéristiques d'un petit objet lointain.

Des observations soigneusement orchestrées

Les chercheurs ont établi trois sites d'observation à travers le Japon, utilisant des observatoires à Kyoto et dans la préfecture de Nagano, ainsi qu'un télescope géré par des citoyens à Fukushima. La lumière de l'étoile s'est progressivement estompée à mesure que le TNO passait devant elle, suggérant la présence d'une atmosphère. Si un objet ne possède pas d'atmosphère, une étoile disparaît et réapparaît de manière plus nette. Selon Arimatsu, « les données d'observation montraient un changement fluide de la luminosité de l'étoile près de l'ombre, durant environ 1,5 seconde. Ce type de variation de luminosité lisse s'explique naturellement si la lumière stellaire était courbée par une atmosphère très fine autour de l'objet ».

La composition de l'atmosphère

Les chercheurs ont calculé que 2002 XV93 possède une atmosphère environ 5 à 10 millions de fois plus fine que celle de la Terre, et envisagent deux possibilités quant à son origine. Cette atmosphère pourrait être le produit de cryovolcans sur le petit corps glacé, qui libèrent des gaz internes tels que le méthane, l'azote ou le monoxyde de carbone de son sous-sol. Alternativement, un autre objet de la ceinture de Kuiper, comme une comète, aurait pu percuter 2002 XV93, relâchant également des gaz provenant du sous-sol. Selon Arimatsu, si l'atmosphère a été formée suite à un impact, elle pourrait ne durer que quelques centaines d'années. En revanche, si l'activité cryovolcanique régulière renouvelle constamment l'atmosphère avec la libération de gaz, elle pourrait durer beaucoup plus longtemps.

Vers de nouvelles explorations

Les futures observations de 2002 XV93, que ce soit à travers davantage d'opportunités d'occultation stellaire ou en utilisant le puissant télescope spatial James Webb, aideront les astronomes à mieux caractériser la nature de l'atmosphère et à déterminer son origine, ainsi que l'évolution de celle-ci au fil du temps. Si les futures observations d'occultation révèlent une diminution continue de la pression, cela suggérerait une origine d'impact à court terme, a expliqué 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 son atmosphère.

Une exploration en cours

L'équipe d'Arimatsu continue de rechercher des atmosphères autour d'autres TNO en s'appuyant sur des observations d'occultation stellaire. Leurs résultats pourraient aider à déterminer si 2002 XV93 est une rare exception à la règle, ou si d'autres objets similaires possèdent également des atmosphères. Dr. Scott S. Sheppard, scientifique au Carnegie Institution for Science à Washington, DC, a déclaré : « C'était une découverte passionnante à lire. On pensait que des objets comme 2002 XV93 seraient trop petits pour avoir une atmosphère, mais ce résultat montre que ce n'est pas vrai. » Bien qu'il n'ait pas participé à la recherche, Sheppard a étudié et découvert des TNO.

Une nouvelle perspective sur la ceinture de Kuiper

Cette découverte met également en évidence l'activité récente sur 2002 XV93, que ce soit l'éruption de gaz gelés ou les conséquences de matière tombant lentement sur la surface de l'objet. « Cela montre que la ceinture de Kuiper n'est pas un endroit froid et mort, mais regorge d'activité et contient de nombreux éléments constitutifs de la vie », a écrit Sheppard dans un email.

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