En 2017, la découverte de l’intrigante comète ‘Oumuamua a captivé les scientifiques en raison de sa singularité. Oblongue et aplatie, sa vitesse élevée et sa trajectoire ne correspondaient pas à l’absence de coma (la queue de poussière et de gaz typique des comètes). Récemment, des chercheurs auraient enfin élucidé ce phénomène : ‘Oumuamua aurait été si intensément chauffée par le rayonnement cosmique que des « bulles » d’hydrogène se seraient formées sous sa surface au fil de son approche du système solaire. Sa petite taille et sa légèreté seraient telles que ce « dégazage » suffirait à expliquer son accélération fulgurante et son changement de trajectoire.
Les comètes sont généralement constituées d’un mélange de glace d’eau, de poussière et d’autres matériaux qui fondent et s’évaporent lorsqu’elles approchent du Soleil. Cette évaporation crée la fameuse coma, qui les distingue facilement des astéroïdes et autres objets célestes. Le jet de gaz et de poussière qui en résulte agit comme un propulseur, modifiant légèrement leur trajectoire par rapport aux orbites elliptiques des autres objets.
1I/2017 U1 ‘Oumuamua ou simplement ‘Oumuamua ne présente cependant pas la plupart des caractéristiques habituelles des comètes. Elle n’a notamment pas de coma et est trop petite et trop éloignée du Soleil pour être chauffée suffisamment pour que cela provoque l’évaporation de sa glace d’eau. Au moment de sa découverte, les astronomes ont d’abord supposé qu’il puisse s’agir d’un astéroïde. Pourtant, l’inclinaison de son orbite et sa vitesse élevée (environ 87 kilomètres par seconde) indiquaient qu’il s’agissait bien d’une comète interstellaire. De façon surprenante, la luminosité de ‘Oumuamua change également périodiquement, variant de manière asymétrique. Cela s’expliquerait par sa forme oblongue et aplatie.
Bien que la vitesse des comètes augmente généralement au fur et à mesure qu’elles s’éloignent du Soleil, celle d’Oumuamua restait inexplicable jusqu’à récemment, car elle ne possède pas le jet de gaz et de poussière propulsant les autres comètes. De plus, des calculs ont montré que l’énergie solaire la frappant ne suffirait pas à évaporer la glace à sa surface pour former un jet censé fournir la force gravitationnelle nécessaire à son accélération.
« Nous n’avions jamais vu une comète dans le système solaire qui n’avait pas de coma de poussière. Donc, l’accélération non gravitationnelle était vraiment bizarre », explique Darryl Seligman, co-auteur principal de la nouvelle étude et chercheur au département d’astronomie de l’Université de Cornell. Selon lui, seuls des gaz hypervolatils tels que l’hydrogène, l’azote ou le monoxyde de carbone pourraient fournir la force nécessaire à cette accélération (l’énergie solaire entrante étant trop faible).
Une propulsion par « bulles » d’hydrogène
Plusieurs théories ont été proposées pour expliquer la trajectoire et la vitesse d’Oumuamua, notamment la possibilité que la comète puisse être une sorte de gigantesque bloc glacé d’hydrogène, d’azote ou de monoxyde de carbone. Cependant, ces théories ont été écartées, car ces gaz solidifiés ne pourraient tenir sous cette forme plus de 100 millions d’années dans l’espace interstellaire. La théorie récemment co-exposée par des chercheurs de l’Université de Californie à Berkeley semble la plus plausible. La nouvelle étude, décrite dans Nature, explique que la comète serait si petite et légère que sa trajectoire et sa vitesse auraient pu être modifiées par une petite poussée générée par un rejet d’hydrogène à l’approche du Soleil.
Des recherches expérimentales datant des années 1970 et 1990 auraient en effet démontré que lorsque la glace est bombardée de particules à haute énergie — similaires à celles retrouvées dans les rayonnements cosmiques —, plus d’un quart de son eau se transforme en hydrogène gazeux. Ces rayonnements peuvent notamment pénétrer jusqu’à une dizaine de mètres sous la glace pour y produire abondamment de l’hydrogène. En se rapprochant du Soleil, la glace en surface fond et libère l’hydrogène emprisonné en dessous. « Cela pourrait produire quantitativement la force nécessaire pour expliquer l’accélération non gravitationnelle [observée ici] », suggère Jennifer Bergner, professeure assistante de chimie à l’Université de Californie et auteure principale de la nouvelle étude.
Au cours de ses recherches, l’équipe de Bergner aurait effectué des expérimentations démontrant que les électrons à haute énergie, les protons et les atomes lourds peuvent transformer la glace d’eau en hydrogène moléculaire. La glace aérienne des comètes pourrait ainsi emprisonner cet hydrogène sous forme de bulles qui éclateraient en se rapprochant du Soleil.
D’après les résultats de la nouvelle étude, la glace de ‘Oumuamua aurait fondu en formant des jets d’hydrogène en forme d’éventail ou de faisceau rectiligne en raison de la forme allongée et aplatie de la comète. Ces jets auraient suffi à affecter son orbite et sa vitesse. En effet, selon les dernières estimations des astronomes, la comète ne mesure environ que 115 mètres de long pour 111 mètres de large et 19 mètres d’épaisseur.
Cette théorie expliquerait également l’absence de coma, car ‘Oumuamua aurait subi un bombardement par rayons cosmiques si intense que « même s’il y avait de la poussière dans la matrice de glace, elle ne serait pas sublimée, mais plutôt réarrangée de sorte à libérer l’hydrogène et non la poussière », explique Seligman. Les experts estiment d’ailleurs que ces comètes « sombres » seraient plus nombreuses qu’on ne le croit et qu’elles proviendraient pour la plupart du nuage d’Oort, à l’extrême limite du système solaire.
L’électron est une particule élémentaire qui, avec les protons et
les neutrons, constitue les atomes. C’est donc l’un des composants
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