Découverte d'une atmosphère autour d'un objet du système solaire jugé trop petit pour en avoir une

Une découverte inattendue dans la ceinture de Kuiper

Des astronomes ont fait une découverte surprenante : une atmosphère fine a été détectée autour d'un petit corps céleste situé dans le système solaire externe. Ce corps, connu sous le nom de (612533) 2002 XV93, a longtemps été considéré comme trop petit pour supporter une atmosphère. Des milliers de corps congelés et rocheux, appelés objets transneptuniens (OTN), existent dans la ceinture de Kuiper, à la périphérie de notre système solaire, vestiges de sa formation il y a 4,5 milliards d'années.

Le contexte des objets transneptuniens

Parmi ces OTN, la planète naine Pluton est la plus grande. Ces objets sont nommés ainsi car ils se trouvent au-delà de l'orbite de Neptune. Les températures glaciales et la faible gravité de surface de ces petits corps ont longtemps conduit les astronomes à penser qu'ils n'étaient pas capables de retenir des atmosphères, à l'exception de Pluton, qui possède une atmosphère ténue. En revanche, d'autres planètes naines telles qu'Eris, Haumea, Makemake et le candidat à la planète naine Quaoar, qui sont les plus grands OTN après Pluton, semblent ne pas avoir d'atmosphère.

Une observation rare

Lors d'une occasion d'observation rare, des astronomes japonais ont observé une fine couche d'atmosphère autour de 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 conférencier senior à l'Observatoire astronomique national du Japon, et ses collègues, pourrait offrir un aperçu sans précédent sur la manière dont une atmosphère se forme et se maintient autour d'un petit objet.

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Les conditions d'observation

À l'approche de janvier 2024, Arimatsu et son équipe se sont préparés à observer un OTN alors qu'il passait devant une étoile brillante, vu du Japon. 2002 XV93 a une orbite standard pour un objet de la ceinture de Kuiper et est plus petit qu'une planète naine, donc il n'était pas considéré comme différent des autres OTN. Cependant, ces moments où un OTN est illuminé par une étoile dans l'arrière-plan cosmique, appelés occultations stellaires, sont des occasions rares d'étudier la taille, la forme et les caractéristiques d'un petit objet distant, a expliqué Arimatsu.

La mise en place des observations

Les chercheurs ont installé des équipements à trois endroits différents au Japon, utilisant des observatoires à Kyoto et dans la préfecture de Nagano, ainsi qu'un télescope dirigé par des citoyens à Fukushima. La lumière de l'étoile a progressivement diminué alors que l'OTN passait devant, suggérant la présence d'une atmosphère. Si un objet n'a pas d'atmosphère, 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, d'une durée d'environ 1,5 seconde », a écrit Arimatsu dans un email. « Ce type de changement de luminosité en douceur s'explique naturellement si la lumière stellaire a été courbée par une atmosphère très fine autour de l'objet. »

Caractéristiques de l'atmosphère

Les chercheurs ont calculé que 2002 XV93 possède une atmosphère environ 5 à 10 millions de fois plus fine que celle de la Terre. Ils suspectent deux possibilités quant à son origine. L'atmosphère pourrait être le produit de cryovolcans sur ce petit corps glacé, qui libèrent des gaz internes tels que le méthane, l'azote ou le monoxyde de carbone depuis son sous-sol. Une autre possibilité serait qu'un autre objet de la ceinture de Kuiper, comme une comète, ait percuté 2002 XV93, libérant également des gaz du sous-sol. Si l'atmosphère a été créée à la suite d'un impact, elle pourrait ne durer que quelques centaines d'années, a précisé Arimatsu. En revanche, si l'activité cryovolcanique régulière renouvelle constamment l'atmosphère par la libération de gaz, elle pourrait subsister beaucoup plus longtemps.

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Perspectives futures

De futures observations de 2002 XV93, que ce soit à travers d'autres occultations stellaires ou en utilisant le puissant télescope spatial James Webb, aideront les astronomes à mieux caractériser la nature de l'atmosphère, à déterminer son origine et à comprendre comment elle évolue au fil du temps. « Si les observations d'occultation futures révèlent une diminution continue de la pression, cela suggérerait une origine d'impact à court terme », a souligné 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.

La recherche continue

Arimatsu et son équipe poursuivent leurs recherches d'atmosphères autour d'autres OTN en s'appuyant sur les observations d'occultations stellaires. Leurs résultats pourraient aider à déterminer si 2002 XV93 est une rare exception 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 montre que ce n'est pas le cas. » Sheppard, qui n'a pas participé à la recherche, a étudié et découvert des OTN. Cette découverte met également en lumière une activité récente sur 2002 XV93, qu'il s'agisse de l'éruption de gaz congelés ou des conséquences de matériaux retombant 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 contient de nombreux éléments constitutifs de la vie. »