Depuis sa découverte en 2017, un air de mystère a entouré le premier objet interstellaire connu à visiter notre système solaire, un allongé, corps en forme de cigare nommé 'Oumuamua (hawaïen pour "un messager de loin arrivant le premier").

Comment s'est-il formé, Et d'où vient-il? Une nouvelle étude publiée le 13 avril dans Astronomie de la nature offre une première réponse globale à ces questions.

Premier auteur Yun Zhang aux Observatoires astronomiques nationaux de l'Académie chinoise des sciences et co-auteur Douglas N. C. Lin à l'Université de Californie, Santa Cruz, utilisé des simulations informatiques pour montrer comment des objets comme 'Oumuamua peuvent se former sous l'influence de forces de marée comme celles ressenties par les océans de la Terre. Leur théorie de la formation explique toutes les caractéristiques inhabituelles d'Oumuamua.

"Nous avons montré que" des objets interstellaires de type Oumuamua peuvent être produits par une fragmentation étendue des marées lors de rencontres rapprochées de leurs corps parents avec leurs étoiles hôtes, puis éjecté dans l'espace interstellaire, " dit Lin, professeur émérite d'astronomie et d'astrophysique à l'UC Santa Cruz.

Découvert le 19 octobre 2017, par le Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System 1 (Pan-STARRS1) à Hawaï, 'Oumuamua ne ressemble absolument à rien d'autre dans notre système solaire, selon Zhang. Sa surface sèche, forme inhabituellement allongée, et un mouvement déroutant a même conduit certains scientifiques à se demander s'il s'agissait d'une sonde extraterrestre.

"C'est vraiment un objet mystérieux, mais quelques signes, comme ses couleurs et l'absence d'émission radio, indiquer que 'Oumuamua est un objet naturel, " dit Zhang.

"Notre objectif est de proposer un scénario complet, basé sur des principes physiques bien compris, pour reconstituer tous les indices alléchants, " dit Lin.

Les astronomes s'attendaient à ce que le premier objet interstellaire qu'ils détectent soit un corps glacé comme une comète. Des objets glacés comme ceux qui peuplent le nuage d'Oort, un réservoir de comètes aux confins de notre système solaire, évoluent à de très grandes distances de leurs étoiles hôtes, sont riches en volatiles, et sont souvent jetés hors de leurs systèmes hôtes par des interactions gravitationnelles. Ils sont également très visibles en raison de la sublimation de composés volatils, qui crée le coma (ou "queue") d'une comète lorsqu'elle est réchauffée par le soleil. L'apparence sèche d'Oumuamua, cependant, est similaire aux corps rocheux comme les astéroïdes du système solaire, indiquant un scénario d'éjection différent.

D'autres chercheurs ont calculé qu'il doit y avoir une population extrêmement importante d'objets interstellaires comme 'Oumuamua. "La découverte de 'Oumuamua implique que la population d'objets interstellaires rocheux est beaucoup plus grande qu'on ne le pensait auparavant, " dit Zhang. " En moyenne, chaque système planétaire devrait éjecter au total environ cent mille milliards d'objets comme 'Oumuamua. Nous devons construire un scénario très courant pour produire ce genre d'objet."

Lorsqu'un corps plus petit passe très près d'un corps beaucoup plus gros, les forces de marée du plus grand corps peuvent déchirer le plus petit, comme cela est arrivé à la comète Shoemaker-Levy 9 lorsqu'elle s'est approchée de Jupiter. Les processus de perturbation des marées peuvent éjecter des débris dans l'espace interstellaire, qui a été suggérée comme origine possible pour 'Oumuamua. Mais si un tel processus pouvait expliquer les caractéristiques déroutantes d'Oumuamua restait très incertain.

Zhang et Lin ont effectué des simulations informatiques à haute résolution pour modéliser la dynamique structurelle d'un objet volant à proximité d'une étoile. Ils ont découvert que si l'objet s'approche suffisamment de l'étoile, l'étoile peut la déchirer en fragments extrêmement allongés qui sont ensuite éjectés dans l'espace interstellaire.

"La forme allongée est plus convaincante lorsque nous considérons la variation de la résistance du matériau lors de la rencontre stellaire. Le rapport entre l'axe long et l'axe court peut être encore plus grand que dix à un, " dit Zhang.

La modélisation thermique des chercheurs a montré que la surface des fragments résultant de la perturbation du corps initial fondrait à très courte distance de l'étoile et se recondenserait à de plus grandes distances, formant ainsi une croûte cohésive qui assurerait la stabilité structurelle de la forme allongée.

« La diffusion de la chaleur pendant le processus de perturbation des marées stellaires consomme également de grandes quantités de substances volatiles, ce qui explique non seulement les couleurs de surface d'Oumuamua et l'absence de coma visible, mais élucide également la sécheresse inférée de la population interstellaire, " dit Zhang. " Néanmoins, certains volatils à haute température de sublimation enfouis sous la surface, comme de la glace d'eau, peut rester sous une forme condensée.

Les observations de 'Oumuamua n'ont montré aucune activité cométaire, et seule la glace d'eau est une source de dégazage possible pour expliquer son mouvement non gravitationnel. Si 'Oumuamua a été produit et éjecté par le scénario de Zhang et Lin, beaucoup de glace d'eau résiduelle pourrait être activée lors de son passage dans le système solaire. Le dégazage résultant provoquerait des accélérations qui correspondent à la trajectoire de type comète de 'Oumuamua.

"Le scénario de fragmentation des marées fournit non seulement un moyen de former un seul 'Oumuamua, mais explique également la vaste population d'objets interstellaires de type astéroïde, " dit Zhang.

Les calculs des chercheurs démontrent l'efficacité des forces de marée pour produire ce genre d'objet. Progéniteurs possibles, y compris les comètes à longue période, disques de débris, et même des super-Terres, pourraient être transformés en pièces de la taille d'un Oumuamua lors de rencontres stellaires.

Ce travail soutient les estimations d'une grande population d'objets interstellaires de type 'Oumuamua. Puisque ces objets peuvent traverser les domaines des zones habitables, la possibilité qu'ils puissent transporter de la matière capable de générer la vie (appelée panspermie) ne peut être exclue. "C'est un domaine très nouveau. Ces objets interstellaires pourraient fournir des indices essentiels sur la façon dont les systèmes planétaires se forment et évoluent, " dit Zhang.

Selon Lin, "'Oumuamua n'est que la pointe de l'iceberg. Nous prévoyons que de nombreux autres visiteurs interstellaires présentant des caractéristiques similaires seront découverts lors d'observations futures avec le prochain observatoire Vera C. Rubin."

L'astronome de l'Académie navale des États-Unis, Matthew Knight, qui est co-responsable de l'équipe de l'Institut international des sciences spatiales d'Oumuamua et n'a pas participé à la nouvelle étude, a déclaré que ce travail "fait un travail remarquable en expliquant une variété de propriétés inhabituelles de 'Oumuamua avec un seul, modèle cohérent."

"Alors que de futurs objets interstellaires seront découverts dans les années à venir, il sera très intéressant de voir s'il y en a qui présentent des propriétés de type Oumuamua. Si c'est le cas, cela peut indiquer que les processus décrits dans cette étude sont répandus, " dit Chevalier.