La détection des métaux lourds fer (Fe) et nickel (Ni) dans l'atmosphère floue d'une comète est illustrée sur cette image, qui présente le spectre de lumière de C/2016 R2 (PANSTARRS) en haut à gauche superposé à une image réelle de la comète prise avec le télescope SPECULOOS à l'Observatoire Paranal de l'ESO. Chaque pic blanc du spectre représente un élément différent, avec ceux pour le fer et le nickel indiqués par des tirets bleus et oranges, respectivement. De tels spectres sont possibles grâce à l'instrument UVES sur le VLT de l'ESO, un spectrographe à haute résolution qui étend la ligne tellement qu'ils peuvent être identifiés individuellement. En outre, UVES reste sensible jusqu'à des longueurs d'onde de 300 nm. La plupart des raies importantes du fer et du nickel apparaissent à des longueurs d'onde d'environ 350 nm, ce qui signifie que les capacités d'UVES ont été essentielles pour faire cette découverte. Crédit :ESO/L. Calçada, Equipe SPECULOOS/E. Jehin, Manfroid et al.
Une nouvelle étude d'une équipe belge utilisant les 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 de notre système solaire, même ceux qui sont loin du Soleil. Une étude séparée par une équipe polonaise, qui a également utilisé les données de l'ESO, ont rapporté que de la vapeur de nickel est également présente dans la comète interstellaire glacée 2I/Borisov. C'est la première fois que les métaux lourds, généralement associé à des environnements chauds, ont été trouvés dans les atmosphères froides de comètes lointaines.
"Ce fut une grande surprise de détecter des atomes de fer et de nickel dans l'atmosphère de toutes les comètes que nous avons observées au cours des deux dernières décennies, une vingtaine d'entre eux, et même loin du Soleil dans l'environnement de l'espace froid, " dit Jean Manfroid de l'Université de Liège, La Belgique, qui dirigent la nouvelle étude sur les comètes du système solaire publiée aujourd'hui dans La nature .
Les astronomes savent que les métaux lourds existent dans les intérieurs poussiéreux et rocheux des comètes. Mais, parce que les métaux solides ne se "subliment" généralement pas (deviennent gazeux) à basse température, ils ne s'attendaient pas à les trouver dans les atmosphères des comètes froides qui voyagent loin du Soleil. Des vapeurs de nickel et de fer ont même été détectées dans des comètes observées à plus de 480 millions de kilomètres du Soleil, plus de trois fois la distance Terre-Soleil.
L'équipe belge a trouvé du fer et du nickel dans l'atmosphère des comètes en quantités à peu près égales. Matériel dans notre système solaire, par exemple celle trouvée dans le Soleil et dans les météorites, contient généralement environ dix fois plus de fer que de nickel. Ce nouveau résultat a donc des implications pour la compréhension des astronomes du système solaire primitif, bien que l'équipe soit encore en train de décoder ce que c'est.
"Les comètes se sont formées il y a environ 4,6 milliards d'années, dans le tout jeune système solaire, et n'a pas changé depuis ce temps. Dans ce sens, ils sont comme des fossiles pour les astronomes, " déclare Emmanuel Jehin, co-auteur de l'étude, également de l'Université de Liège.
Alors que l'équipe belge étudie ces objets « fossiles » avec le VLT de l'ESO depuis près de 20 ans, ils n'avaient jusqu'à présent pas remarqué la présence de nickel et de fer dans leurs atmosphères. "Cette découverte est passée inaperçue pendant de nombreuses années, " dit Jehin.
L'équipe a utilisé les données de l'instrument Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph (UVES) sur le VLT de l'ESO, qui utilise une technique appelée spectroscopie, pour analyser les atmosphères des comètes à différentes distances du Soleil. Cette technique permet aux astronomes de révéler la composition chimique des objets cosmiques :chaque élément chimique laisse une signature unique - un ensemble de raies - dans le spectre de la lumière des objets.
L'équipe belge avait repéré faible, des raies spectrales non identifiées dans leurs données UVES et en y regardant de plus près, ont remarqué qu'elles signalaient la présence d'atomes neutres de fer et de nickel. Une des raisons pour lesquelles les éléments lourds étaient difficiles à identifier est qu'ils existent en très petites quantités :l'équipe estime que pour 100 kg d'eau dans l'atmosphère des comètes, il n'y a que 1 g de fer, et environ la même quantité de nickel.
"Habituellement, il y a 10 fois plus de fer que de nickel, et dans ces atmosphères cométaires, 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 à la surface du noyau de la comète, sublimant à une température assez basse et libérant du fer et du nickel à peu près dans les mêmes proportions, " explique Damien Hutsemékers, également membre de l'équipe belge de l'Université de Liège.
Bien que l'équipe ne sache pas encore de quel matériel il pourrait s'agir, les avancées en astronomie, telles que l'imageur et le spectrographe ELT dans l'infrarouge moyen (METIS) sur le prochain télescope extrêmement grand (ELT) de l'ESO, permettront aux chercheurs de confirmer la source des atomes de fer et de nickel trouvés dans l'atmosphère de ces comètes.
L'équipe belge espère que leur étude ouvrira la voie à de futures recherches. "Maintenant, les gens vont rechercher ces lignes dans leurs données d'archives à partir d'autres télescopes, ", dit Jehin. "Nous pensons que cela déclenchera également de nouveaux travaux sur le sujet."
Lignes d'émission du nickel atomique gazeux dans le spectre proche ultraviolet de 2I/Borisov. Crédit :ESO/P.Guzik/M.Drahus
Métaux lourds interstellaires
Une autre étude remarquable publiée aujourd'hui dans La nature montre que des métaux lourds sont également présents dans l'atmosphère de la comète interstellaire 2I/Borisov. Une équipe en Pologne a observé cet objet, la première comète extraterrestre à visiter notre système solaire, en utilisant le spectrographe X-shooter sur le VLT de l'ESO lorsque la comète a volé il y a environ un an et demi. Ils ont découvert que l'atmosphère froide de 2I/Borisov contient du nickel gazeux.
« Au début, nous avons eu du mal à croire que le nickel atomique puisse réellement être présent dans 2I/Borisov aussi loin du Soleil. Il a fallu de nombreux tests et vérifications avant de pouvoir enfin nous en convaincre, " dit l'auteur de l'étude Piotr Guzik de l'Université Jagellonne de Pologne. Le résultat est surprenant car, avant les deux études publiées aujourd'hui, des gaz avec des atomes de métaux lourds n'avaient été observés que dans des environnements chauds, comme dans les atmosphères des exoplanètes ultra-chaudes ou des comètes en évaporation qui sont passées trop près du Soleil. 2I/Borisov a été observé alors qu'il se trouvait à quelque 300 millions de kilomètres du Soleil, soit environ le double de la distance Terre-Soleil.
Étudier en détail les corps interstellaires est fondamental pour la science, car ils contiennent des informations inestimables sur les systèmes planétaires extraterrestres dont ils proviennent. "Tout d'un coup, nous avons compris que le nickel gazeux est présent dans les atmosphères cométaires dans d'autres coins de la Galaxie, " dit le co-auteur Micha? Drahus, également de l'Université Jagellonne.
Les études polonaises et belges montrent que les comètes 2I/Borisov et du système solaire ont encore plus de points communs qu'on ne le pensait auparavant. « Imaginez maintenant que les comètes de notre système solaire ont leurs véritables analogues dans d'autres systèmes planétaires, c'est vraiment cool ?, " conclut Drahus.
