Le 19 octobre, 2017, le premier objet interstellaire jamais détecté a survolé la Terre en sortant du système solaire. Moins de deux ans plus tard, un deuxième objet a été détecté, une comète interstellaire facilement identifiable désignée sous le nom de 2I/Borisov. L'apparition de ces deux objets a confirmé des travaux théoriques antérieurs qui concluaient que les objets interstellaires (ISO) entrent régulièrement dans notre système solaire.

La question de savoir à quelle fréquence cela se produit a fait l'objet de nombreuses recherches depuis lors. Selon une nouvelle étude menée par des chercheurs de l'Initiative for Interstellar Studies (i4is), environ sept ISO entrent dans notre système solaire chaque année et suivent des orbites prévisibles pendant qu'ils sont ici. Ces recherches pourraient nous permettre d'envoyer un vaisseau spatial au rendez-vous avec l'un de ces objets dans un futur proche.

La recherche qui décrit ces résultats a été menée par plusieurs chercheurs d'i4is, une organisation à but non lucratif dédiée à la réalisation de vols interstellaires dans un avenir très proche. Ils ont été rejoints par des chercheurs du Florida Institute of Technology, Institut de théorie et de calcul de Harvard (ITC), l'Université du Texas à Austin, l'Université technique de Munich, et l'Observatoire de Paris.

L'étude d'Oumuamua en octobre 2017 a déclenché une révolution dans l'astronomie et l'étude des objets célestes. Non seulement c'était un objet qui s'était formé dans un autre système stellaire, mais son arrivée et sa détection impliquaient une grande population de tels objets. La détection de 2I/Borisov en 2019 a confirmé ce que de nombreux astronomes soupçonnaient déjà, à savoir que les ISO pénètrent assez régulièrement dans notre système solaire.

En plus d'être physicien à l'i4is (et auteur principal de l'étude), Marshall Eubanks est le scientifique en chef de Space Initiatives Inc. et PDG d'Asteroid Initiatives LLC. Comme il l'a dit à Universe Today par e-mail, la découverte de « Oumuamua et 2I/Borisov est importante d'une manière qui ne peut être sous-estimée :

"[Juste] en prouvant qu'ils existent, il a eu un impact profond, créer un domaine d'études presque à partir de rien (un domaine que les autorités de financement commencent tout juste à reconnaître). Les objets interstellaires nous offrent l'opportunité d'étudier, et à l'avenir toucher littéralement, des ex-corps des décennies avant les premières missions possibles, même vers les étoiles les plus proches, comme Proxima Centauri."

Cela a conduit à de multiples propositions de missions qui pourraient rencontrer de futurs ISO qui ont été repérés en passant par notre système. L'une de ces propositions était le projet Lyra, que les chercheurs de l'i4is ont partagé dans une étude de 2017 (avec le soutien d'Asteroid Initiatives LLC). Il y a aussi la mission Comet Interceptor de l'ESA, qu'ils prévoient de lancer en 2029 pour rencontrer une comète de longue période.

"Nous avons commencé à travailler sur des missions potentielles vers des objets interstellaires en 2017, juste après la découverte de "Oumuamua et nous nous sommes d'abord concentrés sur la poursuite de cet objet spécifique, contrairement à Seligman et Laughlin, qui s'est concentré sur les ISO qui pourraient être découvertes à l'avenir, ", a déclaré Eubanks. "La mission Comet Interceptor entrerait dans une catégorie similaire (construction et attente)."

Étant donné que les ISO se sont formées dans un autre système stellaire, la possibilité de les étudier de près offrirait aux scientifiques un aperçu des conditions qui y sont présentes. En réalité, l'étude des ISO est la deuxième meilleure chose à faire après l'envoi de sondes interstellaires aux systèmes stellaires voisins. Bien sûr, une telle mission comporte de nombreux défis techniques, sans parler de la nécessité d'un avertissement préalable. Comme Eubanks l'a expliqué :

« Il existe deux types de missions de base ici :les missions de planification et d'attente ou de lancement et d'attente, tels que l'intercepteur de comète de l'ESA ; et chasser des missions, tel qu'il serait nécessaire pour atteindre 1I/"Oumuamua. Il est très peu probable que des missions de poursuite puissent se rendre avec un ISO en retraite - elles seront presque certainement limitées à des survols rapides. Missions de rendez-vous, missions pour faire correspondre les vitesses et orbiter ou atterrir l'ISO, aura besoin d'un avertissement préalable."

Pour illustrer, lorsque les astronomes ont pris conscience pour la première fois de "Oumuamua, ce n'est qu'après que l'objet a déjà fait son approche la plus proche du soleil (passage au périhélie) et a fait un passage proche de la Terre. À cause de ce, les observateurs n'avaient que 11 jours pour effectuer des observations alors qu'il sortait du système solaire et était hors de portée de leurs instruments.

Dans le cas de 2I/Borisov, l'astronome amateur et fabricant de télescopes Gennadiy Borisov l'a aperçu le 30 août, 2019, roughly three months before it reached perihelion (December 8th, 2019). But for future missions to rendezvous with them, it is imperative to know as much as possible about how often ISOs arrive and how fast they are traveling when they do.

Pour le plaisir de leur étude, Eubanks and his colleagues sought to place better constraints on these two variables. Pour faire ça, they began by taking into account how an interstellar object's velocity is influenced by the local standard of rest (LSR) – the mean motion of stars, gas, and dust in the Milky Way in the vicinity of the sun:

"We assume that ISOs come from or are formed with stars and their planetary systems, and that after they are on their own they share the same galactic dynamics as stars do. We use the two known ISOs, 1I/"Oumuamua and 2I/Borisov, and the efficiency of past and current astronomical surveys to estimate the number of these objects in the galaxy, and stellar velocity estimates from the Gaia mission to estimate the velocity spread we should expect."

What they found was that in an average year, the solar system would be visited by up to seven ISOs that are asteroid-like. Pendant ce temps, objects like 2I/Borisov (comets) would be rarer, appearing around once every 10 to 20 years. They further found that many of these objects would be moving at velocities greater that of "Oumuamua—which was moving at over 26 km/s before and after picking up a boost from the sun.

Knowing these parameters will help scientists prepare for possible rendezvous missions with ISOs, something which Eubanks and his colleagues covered in more detail in a previous study—"Interstellar Now! Missions to Explore Nearby Interstellar Objects." As Universe Today reported at the time of its release, the study addressed a wider range of potential ISOs and the feasibility of reaching them.

En attendant, this latest study provides basic information that will support the planning and implementation of these missions. In addition to Project Lyra and the ESA's Comet Interceptor, there are numerous proposals for spacecraft that could rendezvous with interstellar objects (or even make the interstellar journey themselves).

These include Project Dragonfly, a small spacecraft and laser sail that was the subject of a conceptual design study hosted by the Initiative for Interstellar Studies (i4iS) in 2013. Another is Breakthrough Starshot, a concept put forward by Yuri Milner and Breakthrough Initiatives that also calls for a tiny spacecraft to be sent to Alpha Centauri using a light sail and a powerful laser array.

This proposal has been articulated in recent years by Prof. Abraham Loeb and Prof. Manasvi Lingam. Whereas Leob is the founder of the ITC and Chair of the Starshot Advisory Committee, Lingham is a longtime researcher with the ITC and a co-author on the "Interstellar Now!" and this latest paper. In addition to going interstellar, these concepts have been proposed as a possible way of chasing objects that enter our solar system.

D'une façon ou d'une autre, we will be peeking at other star systems soon—and knowing how to intercept and study the objects they periodically kick our way is a good way to start.