Lorsque la comète 45P est passée au-dessus de la Terre au début de 2017, chercheurs observant depuis l'installation du télescope infrarouge de la NASA, ou IRTF, à Hawai'i a donné au randonneur de longue date un examen astronomique approfondi. Les résultats aident à fournir des détails cruciaux sur les glaces dans les comètes de la famille Jupiter et révèlent que l'excentrique 45P ne correspond pas tout à fait à aucune des comètes étudiées jusqu'à présent.

Comme un médecin qui enregistre les signes vitaux, l'équipe a mesuré les niveaux de neuf gaz libérés par le noyau glacé dans la fine atmosphère de la comète, ou le coma. Plusieurs de ces gaz fournissent des éléments constitutifs pour les acides aminés, sucres et autres molécules biologiquement pertinentes. Le monoxyde de carbone et le méthane étaient particulièrement intéressants, qui sont si difficiles à détecter dans les comètes de la famille Jupiter qu'elles n'ont été étudiées que quelques fois auparavant.

Les gaz proviennent tous du méli-mélo de glaces, la roche et la poussière qui composent le noyau. On pense que ces glaces indigènes contiennent des indices sur l'histoire de la comète et sur son vieillissement.

"Les comètes conservent un enregistrement des conditions du système solaire primitif, mais les astronomes pensent que certaines comètes pourraient préserver cette histoire plus complètement que d'autres, " a déclaré Michael DiSanti, un astronome au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, et auteur principal de la nouvelle étude dans le Journal astronomique .

La comète, officiellement nommée 45P/Honda-Mrkos-Pajdušáková, appartient à la famille des comètes de Jupiter, orbiteurs fréquents qui tournent autour du soleil environ tous les cinq à sept ans. On en sait beaucoup moins sur les glaces natives de ce groupe que sur les comètes à longue distance du nuage d'Oort.

Pour identifier les glaces indigènes, les astronomes recherchent des empreintes chimiques dans la partie infrarouge du spectre, au-delà de la lumière visible. DiSanti et ses collègues ont mené leurs études à l'aide du spectrographe haute résolution iSHELL récemment installé à l'IRTF au sommet de Maunakea. Avec iSHELL, les chercheurs peuvent observer de nombreuses comètes autrefois considérées comme trop faibles.

La gamme spectrale de l'instrument permet de détecter plusieurs glaces vaporisées à la fois, ce qui réduit l'incertitude lors de la comparaison des quantités de différentes glaces. L'instrument couvre des longueurs d'onde commençant à 1,1 micromètre dans le proche infrarouge (la gamme des lunettes de vision nocturne) jusqu'à 5,3 micromètres dans la région de l'infrarouge moyen.

iSHELL a également un pouvoir de résolution suffisamment élevé pour séparer les empreintes infrarouges proches les unes des autres en longueur d'onde. Ceci est particulièrement nécessaire dans les cas du monoxyde de carbone et du méthane, parce que leurs empreintes digitales dans les comètes ont tendance à se chevaucher avec les mêmes molécules dans l'atmosphère terrestre.

"La combinaison de la haute résolution d'iSHELL et de la capacité d'observation de jour à l'IRTF est idéale pour étudier les comètes, en particulier les comètes à courte période, " a déclaré John Rayner, directeur de l'IRTF, qui est géré pour la NASA par l'Université d'Hawai'i.

En observant pendant deux jours début janvier 2017, peu de temps après l'approche la plus proche du soleil par 45P, l'équipe a effectué des mesures robustes de l'eau, monoxyde de carbone, méthane et six autres glaces indigènes. Pour cinq glaces, dont le monoxyde de carbone et le méthane, les chercheurs ont comparé les niveaux du côté ensoleillé de la comète au côté ombragé. Les résultats ont permis de combler certaines lacunes mais ont également soulevé de nouvelles questions.

Les résultats révèlent que le 45P est si faible en monoxyde de carbone congelé, qu'il est officiellement considéré comme épuisé. Par lui-même, ce ne serait pas trop surprenant, parce que le monoxyde de carbone s'échappe facilement dans l'espace lorsque le soleil réchauffe une comète. Mais le méthane a presque autant de chances de s'échapper, donc un objet dépourvu de monoxyde de carbone devrait avoir peu de méthane. 45P, cependant, est riche en méthane et est l'une des rares comètes qui contient plus de méthane que de glace de monoxyde de carbone.

Il est possible que le méthane soit piégé dans d'autres glaces, le rendant plus susceptible de rester. Mais les chercheurs pensent que le monoxyde de carbone aurait pu réagir avec l'hydrogène pour former du méthanol. L'équipe a découvert que le 45P a une part plus importante que la moyenne de méthanol congelé.

Quand cette réaction a eu lieu, une autre question est au cœur de la science des comètes. Si le méthanol était produit sur des grains de glace primordiale avant la formation du 45P, alors la comète a toujours été ainsi. D'autre part, les niveaux de monoxyde de carbone et de méthanol dans le coma pourraient avoir changé au fil du temps, surtout parce que les comètes de la famille Jupiter passent plus de temps près du soleil que les comètes du nuage d'Oort.

"Les scientifiques des comètes sont comme des archéologues, étudier des échantillons anciens pour comprendre le passé, " dit Boncho Bonev, un astronome à l'Université américaine et le deuxième auteur sur le papier. "Nous voulons distinguer les comètes telles qu'elles se sont formées du traitement qu'elles ont pu subir, comme séparer les reliques historiques de la contamination ultérieure."

L'équipe est maintenant sur le point de déterminer à quel point leurs résultats pourraient être typiques parmi des comètes similaires. 45P était la première des cinq comètes à courte période disponibles pour étude en 2017 et 2018. Sur les talons de 45P se trouvaient les comètes 2P/Encke et 41P/Tuttle-Giacobini-Kresak. L'été et l'automne prochains sont 21P/Giacobini–Zinner, et plus tard viendra 46P/Wirtanen, qui devrait rester à moins de 16 millions de kilomètres de la Terre pendant la majeure partie de décembre 2018.

"Cette recherche est révolutionnaire, " dit Faith Vilas, le directeur du programme de recherche solaire et planétaire à la National Science Foundation, ou NSF, qui a aidé à soutenir l'étude. "Cela élargit notre connaissance du mélange d'espèces moléculaires coexistant dans les noyaux des comètes de la famille Jovienne, et les différences qui existent après de nombreux voyages autour du soleil."

"Nous sommes ravis de voir cette première publication d'iSHELL, qui a été construit grâce à un partenariat entre NSF, l'Université d'Hawaï, et la NASA, " a déclaré Kelly Fast, Scientifique du programme IRTF au siège de la NASA. "Ce n'est que le premier de nombreux résultats iSHELL à venir."