La « comète bleue », fragment de petite planète ?

C2016/R2, la "comète bleue", photographiée le 7 janvier 2018. Crédit : Damian Peach / Jose J. Chambo
Une surprenante comète bleue, comme on n'en voit que deux ou trois par siècle, a intrigué les astronomes début 2018. Une étude à paraître suggère qu'il s’agit du fragment d'une petite planète glacée...

« Je n'avais jamais vu une comète comme cela avant. Sur les images, son étonnante queue bleutée sautait aux yeux. Elle formait des motifs étranges, comme si le matériau issu de la comète ondulait en formant une spirale... » L'astrophotographe Damian Peach se souviendra longtemps de la visiteuse de l’hiver 2017/2018, la surprenante « comète bleue » dont il a fait de superbes clichés (ci-dessus). Découverte le 7 septembre 2016 par le télescope de surveillance du ciel Pan-Starrs, installé à Hawaï, la comète C/2016 R2 est suivie par les astronomes professionnels et amateurs depuis l'automne 2017. « À cette époque, alors qu'elle était encore loin du Soleil, elle a commencé à déployer une queue d’un bleu profond. C'était très étrange. Elle semblait totalement dépourvue de poussières, elle ne possédait pas de queue blanchâtre. Il fallait immédiatement l'observer avec un radiotélescope ! » se souvient Nicolas Biver, de l’observatoire de Paris.

Une composition étrange

Les données recueillies grâce à la parabole de 30 m de diamètre de l'Iram, installée dans les montagnes de la Sierra Nevada (Espagne), montrent rapidement que la comète n'est pas seulement exceptionnelle par sa couleur et son activité précoce. Sa composition, aussi, détonne. « Elle dégazait énormément de monoxyde de carbone (CO) : 5 tonnes par seconde, soit presque autant que la grande comète Hale-Bopp en 1997. Vu son éclat de magnitude 10 à 11, beaucoup plus faible, c'était totalement inattendu ! Elle possédait aussi beaucoup d'azote moléculaire N2. Et surtout, pratiquement pas d’eau ni d’autres espèces moléculaires attendues pour une comète, comme le méthanol, le formaldéhyde, etc. » poursuit l'astrophysicien.

Dégazage massif de monoxyde de carbone et d’azote moléculaire, absence de poussières, eau invisible : C/2016 R2 avait certaines caractéristiques d’un gros objet — le noyau de la comète Hale-Bopp, estimé à 37 km, est l’un des plus grands jamais observés — mais aussi celles d'une toute petite comète. Décidément, elle ne ressemblait à aucune autre...

Le radiotélescope de l'Iram. © Iram

Deux origines possibles

« Pour moi, il y a deux façons d’expliquer la composition de la comète bleue. Première hypothèse : son noyau s’est formé à une température extrêmement basse par agrégation de grains contenant du CO et du N2 sous forme de glace, donc plus loin du Soleil que la plupart des autres petits corps. Autre option : c’est le fragment d’un objet plus gros, dont une partie était enrichie en CO et N2 pour une raison ou pour une autre », analyse Nicolas Biver.

A priori, la première hypothèse est recevable puisque C/2016 R2 nous vient effectivement de très loin : c'est une comète à longue période (21600 ans) en provenance du Nuage d’Oort. Son noyau pourrait être un agrégat de grains de glace formés au-delà de la ligne des glaces du CO et du N2 (distance au Soleil au-delà de laquelle ces molécules passent à l’état solide). Celle-ci est plus éloignée du Soleil que la ligne des glaces de l’eau (H2O), car le monoxyde de carbone et l’azote moléculaire se condensent à bien plus basse température que l'eau.

Il y a toutefois un bémol. Si l'on comprend bien la façon dont le Système solaire s’est créé, le Nuage d’Oort est peuplé de petits corps formés non pas in situ, à plusieurs dizaines de milliers d’unités astronomiques (UA) du Soleil, mais bien plus près, dans les parages de Saturne, d’Uranus ou de Neptune, d’où ils auraient été éjectés. Or, à ces distances, le monoxyde de carbone et l'azote restent à l'état gazeux ! Par ailleurs, ce scénario n'explique pas l'absence d'eau et de poussières dans C/2016 R2. D’où une seconde hypothèse assez fascinante : la comète bleue serait le débris d'une petite planète comme on en trouve dans le voisinage de Pluton et au-delà.

La comète Hale-Bopp, le 4 avril 1997, avec sa queue de plasma en bleu et sa queue de poussières.
© E. Kolmhofer, H. Raab, Johannes-Kepler-Observatory, Linz, Austria

Le fragment d’une petite planète ?

Pourquoi pas, après tout ? « Parmi les astéroïdes, on trouve des objets de composition très différente. Ceux qui sont faits essentiellement de fer et de nickel sont des débris de cœurs planétaires. D'autres ont la même composition que la croûte d'une planète rocheuse », rappelle Nicolas Biver. Cette différenciation est due au fait qu’au-delà d'une certaine masse, la chaleur interne d’un corps, générée par ses éléments radioactifs, entraîne une séparation de ses éléments chimiques en différentes strates. Par exemple, presque tout le fer que contient la Terre est concentré dans son noyau. Briser un tel objet céleste revient à générer une multitude de petits corps de composition différente.

Et justement, « les gros objets glacés comme Pluton possèdent sans doute eux aussi une structure en couches », assure l'astrophysicien. Même si elle n'a pu sonder son intérieur, la sonde New Horizons a révélé en juillet 2015 que la planète naine possédait de vastes étendues de glaces d'azote et de monoxyde de carbone à sa surface (comme Sputnik Planitia). Pour les théoriciens qui se sont penchés sur l'évolution thermique des objets de Kuiper — dont Pluton fait partie —, cela s'explique ainsi : tandis que la température des régions externes du Système solaire n’est que de 20 ou 30 K (– 240°C), la radioactivité permet aux corps de plus de 200 km de s'échauffer jusqu'à 200 K en leur centre. Du coup, le cœur d'une planète naine glacée a tendance à dégazer en se débarrassant de ses éléments volatils.

Que se passe-t-il alors ? En migrant du cœur vers la surface, plus froide, ces gaz se condensent à nouveau. Bien sûr, la profondeur de cette seconde transformation en glace dépend de la température de condensation propre à chaque espèce moléculaire : plus un gaz est volatil, plus il migre facilement vers la surface avant de se solidifier. C'est ainsi que la structure interne des objets de Kuiper se stratifie ! Leurs couches de surface s'enrichissent en CO ou N2, très volatils, tandis que l'eau reste piégée plus en profondeur...

La comète C2016/R2 observée le 4 février 2018. © Michael Jaeger

Le vestige d’un astre d’au moins 200 km de diamètre ?

Voilà donc un scénario cohérent : la comète bleue, si riche en monoxyde de carbone et en azote moléculaire, si pauvre en poussières et en eau, serait un morceau de la couche supérieure d'une petite planète de glace d’au moins 200 km de diamètre, aujourd'hui brisé. La poignée d’autres comètes riches en CO et en N2 observées à ce jour — C/1908 R1 (Morehouse), C/1961 R1 (Humason), 29P/Schwassmann-Wachmann 1 et C/2002 VQ94 (Linear) — seraient elles aussi des fragments de corps glacés différenciés. Reste tout de même à s'assurer que les collisions entre corps célestes sont possibles du côté de Pluton et au-delà ! Après tout, dans ces espaces immenses si éloignés du Soleil, il n'est pas dit que les rencontres soient aussi fréquentes que dans la Ceinture d'astéroïdes...

Un scénario prévu par les modèles

Justement, le meilleur modèle actuel pour décrire l'évolution du Système solaire, le modèle de Nice, « prédit que les noyaux cométaires, typiquement de taille kilométrique, sont principalement des fragments de collision entre des corps parents plus grands », soulignent les astrophysiciens Alessandro Morbidelli et Hans Rickman dans un article paru en 2015. La physionomie de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko, étudiée sous toutes les coutures par la sonde Rosetta de 2014 à 2016, va dans ce sens. « Avec ses deux lobes, “Chury” est probablement un fragment, ou plutôt l’assemblage de deux fragments », constate Nicolas Biver. Autrement dit, même si la situation est peut-être plus calme aujourd'hui, les corps glacés qui circulent au-delà de Neptune, voire bien au-delà, se sont sans doute beaucoup heurtés par le passé.

La comète 67P/Churyumov-Gerasimenko est probablement formée de deux débris. Crédit : ESA

Mais pour l'heure, C/2016 R2 s’éloigne avec ses secrets. Pour les astronomes amateurs, la comète bleue n'est plus qu'un beau souvenir. Les professionnels comme Nicolas Biver, eux, tentent encore de la faire parler. « Elle est à un peu plus de 3,2 UA du Soleil désormais, et elle dégaze toujours du CO. Elle doit donc être assez grosse. Nous allons essayer de l’observer à nouveau avec le radiotélescope de l'Iram en juin 2019, ainsi qu’avec le satellite infrarouge Spitzer. Cela nous permettra au moins d'estimer la masse totale qu'elle a perdue pendant sa visite dans le Système solaire interne », explique l'astronome.

Prenons le pari que dans 21 600 ans, pour son prochain passage, nous aurons tout compris des comètes bleues...

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