Des astronomes découvrent une atmosphère autour d'un objet du système solaire jugé trop petit pour en posséder une

Des astronomes ont récemment fait une découverte étonnante : une atmosphère mince a été détectée autour d'un petit corps céleste situé dans la ceinture de Kuiper, un objet que l'on pensait trop petit pour pouvoir retenir une atmosphère. Cette découverte ouvre de nouvelles perspectives sur la formation des atmosphères dans notre système solaire.

Les objets trans-neptuniens (OTN)

Dans la ceinture de Kuiper, à la périphérie de notre système solaire, des milliers de corps gelés et rocheux, appelés objets trans-neptuniens (OTN), existent comme des vestiges de sa formation il y a 4,5 milliards d'années. Parmi ces OTN, la planète naine Pluton est la plus grande, tandis que d'autres, comme Eris, Haumea, et Makemake, ne semblent pas avoir d'atmosphère. Les températures glaciales et la faible gravité de ces petits corps ont longtemps conduit les astronomes à penser qu'ils ne pouvaient pas supporter d'atmosphères, à l'exception notable de Pluton, qui en possède une très mince.

Observation rare et méthodologie

Lors d'une occasion d'observation rare, des astronomes au Japon ont détecté cette atmosphère autour d'un TNO connu sous le nom de (612533) 2002 XV93, selon une étude publiée lundi dans la revue Nature Astronomy. Alors que Pluton a un diamètre de 2 377 kilomètres, 2002 XV93 ne mesure qu'environ 500 kilomètres de large. Cette découverte inattendue, réalisée par le Dr Ko Arimatsu, professeur associé et chargé de cours au Observatoire astronomique national du Japon, et ses collègues, pourrait offrir un aperçu sans précédent sur la façon dont une atmosphère se forme et se maintient autour d'un petit corps, et modifier la façon dont les astronomes envisagent les objets dans la ceinture de Kuiper.

La technique des occultations stellaires

En janvier 2024, Arimatsu et son équipe se sont préparés pour observer un TNO alors qu'il passait devant une étoile brillante, observable depuis le Japon. 2002 XV93 a une orbite standard pour un objet de la ceinture de Kuiper et, étant plus petit qu'une planète naine, il n'était pas considéré comme différent des autres OTN. Cependant, ces moments où un TNO est éclairé par une étoile en arrière-plan cosmique, appelés occultations stellaires, représentent des occasions rares d'étudier la taille, la forme et les caractéristiques d'un petit objet distant. Les chercheurs se sont installés à trois emplacements différents au Japon, utilisant des observatoires à Kyoto et dans la préfecture de Nagano, ainsi qu'un télescope géré par des citoyens à Fukushima.

Les résultats de l'observation

Au fur et à mesure que 2002 XV93 se déplaçait devant l'étoile, la lumière de celle-ci s'est estompée, suggérant la présence d'une atmosphère. Si un objet ne possède pas d'atmosphère, la lumière d'une étoile disparaît et réapparaît de manière beaucoup plus nette. "Les données d'observation ont montré un changement progressif de la luminosité de l'étoile près du bord de l'ombre, durant environ 1,5 seconde," a écrit Arimatsu dans un email. "Ce type de changement de luminosité progressif s'explique naturellement si la lumière des étoiles est déviée par une atmosphère très mince entourant l'objet."

Caractéristiques de l'atmosphère détectée

Les chercheurs ont calculé que 2002 XV93 possède une atmosphère environ 5 à 10 millions de fois plus fine que celle de la Terre. Deux hypothèses ont été avancées pour expliquer sa formation :

• La première hypothèse est que l'atmosphère pourrait être le résultat de cryovolcans sur le petit corps glacé, qui libèrent des gaz internes tels que le méthane, l'azote ou le monoxyde de carbone depuis le sous-sol.
• La seconde hypothèse suggère qu'un autre objet de la ceinture de Kuiper, tel qu'une comète, pourrait avoir percuté 2002 XV93, libérant également des gaz du sous-sol.

Si l'atmosphère a été créée par un impact, elle pourrait ne durer que quelques centaines d'années. Cependant, si une activité cryovolcanique régulière permet de reconstituer l'atmosphère par la libération de gaz, celle-ci pourrait persister beaucoup plus longtemps, a ajouté Arimatsu.

Observations futures et implications

De futures observations de 2002 XV93, que ce soit à travers d'autres opportunités d'occultation stellaire ou en utilisant le puissant télescope spatial James Webb, aideront les astronomes à mieux caractériser la nature de l'atmosphère et à déterminer son origine, ainsi que son évolution au fil du temps. "Si les futures observations d'occultation révèlent une diminution continue de la pression, cela suggérerait une origine d'impact à court terme," a déclaré Arimatsu. Le télescope Webb pourrait également détecter des émissions de méthane ou de monoxyde de carbone provenant de l'objet et identifier la composition de l'atmosphère.

Une nouvelle ère pour l'étude des TNO

Arimatsu et son équipe poursuivent la recherche d'atmosphères autour d'autres OTN en s'appuyant sur des observations d'occultation stellaire. Leurs résultats pourraient aider à déterminer si 2002 XV93 est une exception rare à la règle, ou si d'autres petits objets similaires possèdent également des atmosphères. "C'était une découverte passionnante à lire," a déclaré le Dr Scott S. Sheppard, scientifique au Carnegie Institution for Science à Washington, DC. "On pensait que des objets comme 2002 XV93 seraient trop petits pour avoir une atmosphère, mais ce résultat prouve que ce n'est pas vrai." Sheppard, bien qu'il n'ait pas participé à la recherche, a étudié et découvert des OTN. Cette découverte souligne également l'activité récente sur 2002 XV93, qu'il s'agisse de l'éruption de gaz congelés ou des conséquences de matériaux tombant lentement sur la surface de l'objet. "Cela montre que la ceinture de Kuiper n'est pas un endroit froid et mort," a écrit Sheppard dans un email, "mais qu'elle regorge d'activité et possède de nombreux éléments constitutifs de la vie."