La NASA découvre l'origine de la comète interstellaire 3I/ATLAS grâce au télescope spatial James Webb

La comète 3I/ATLAS est arrivée dans le Système solaire avec une composition qui ne ressemblait à celle d'aucun autre corps céleste local étudié jusqu'à présent. C'est d'ailleurs ce qui a conduit certains à spéculer qu'il pouvait s'agir d'un vaisseau extraterrestre. En réalité, il ne s'agissait que du troisième objet interstellaire confirmé, après 1I/ʻOumuamua et 2I/Borisov.

Ses glaces ont conservé des caractéristiques révélatrices du système planétaire dans lequel elle s'est formée. Elles ont pu être étudiées grâce à l'importante quantité de gaz libérée lorsque la comète a atteint son périhélie. Une occasion exceptionnelle d'analyser un visiteur interstellaire, d'autant plus qu'il a poursuivi sa trajectoire hyperbolique avant de repartir vers l'espace interstellaire.

L'Atacama Compact Array, qui fait partie du réseau ALMA, a complété ces mesures en observant les raies du monoxyde de carbone et du cyanure d'hydrogène. Ces données ont permis d'estimer la vitesse d'expansion de la chevelure de la comète et d'affiner les modèles utilisés pour calculer les taux de production des différentes molécules.

Le principal résultat de cette étude est la mise en évidence d'une signature isotopique exceptionnelle, caractérisée par une eau très enrichie en deutérium et un carbone présentant une forte déficience en carbone-13. Ces deux indices indépendants pointent vers une origine lointaine, dans un environnement extrêmement froid et probablement bien plus ancien que le Système solaire.

L'eau lourde révèle une origine extrêmement froide

Le télescope James-Webb a détecté du HDO, une molécule d'eau dans laquelle l'un des atomes d'hydrogène est remplacé par du deutérium. En comparant le HDO à l'H₂O, les chercheurs ont déterminé un rapport deutérium/hydrogène de 0,98 ± 0,06 % dans l'eau de la comète observée avec l'instrument NIRSpec.

Cette proportion est environ 34 fois supérieure à la moyenne mesurée dans les comètes du Système solaire et près de dix fois plus élevée que la valeur moyenne observée dans les protoétoiles. Au sein de notre système planétaire, seule l'atmosphère de Vénus présente un rapport plus important, en raison de sa longue évolution atmosphérique.

Cet enrichissement indique qu'une grande partie de la glace s'est formée à des températures inférieures à 30 kelvins, soit environ −243 °C. Dans de telles conditions, les réactions chimiques favorisent l'incorporation du deutérium dans l'eau avant même la formation des petits corps planétaires, les planétésimaux.

Les modèles montrent également qu'un rayonnement intense et une ionisation par les rayons cosmiques plus élevée que la normale peuvent accélérer ce processus. La composition de 3I/ATLAS suggère en outre que son eau a subi très peu de transformations thermiques au sein du disque protoplanétaire où elle s'est finalement accumulée sous forme de glace primitive.

Le carbone révèle une origine remontant aux débuts de la Voie lactée

Les mesures du dioxyde de carbone et du monoxyde de carbone ont mis en évidence des rapports carbone-12/carbone-13 compris entre 141 et 191 pour le CO₂, et entre 123 et 172 pour le CO. Ces valeurs sont nettement supérieures à celles mesurées dans le Soleil, sur Terre ou dans les comètes connues, où ce rapport est généralement proche de 90.

Le carbone-13 s'accumule progressivement dans le milieu interstellaire au fil des générations d'étoiles, qui transforment la matière avant de la rejeter dans l'espace. Ainsi, une forte proportion de carbone-12 peut indiquer que ce matériau s'est formé avant que la Voie lactée n'atteigne son niveau actuel d'enrichissement chimique.

En comparant ces mesures aux modèles d'évolution chimique de la Voie lactée, les auteurs estiment que 3I/ATLAS pourrait s'être formée il y a 11 à 12 milliards d'années. Cette estimation dépend toutefois de sa région d'origine, de l'histoire de la formation stellaire locale et de la répartition des isotopes au sein de la Galaxie.

Malgré cela, il aurait conservé des régions denses, très froides et protégées, où la glace a pu se former, subsister puis être intégrée à un petit corps planétaire.

Une capsule chimique au service de l'archéologie galactique

Les objets interstellaires peuvent être considérés comme de véritables échantillons d'autres systèmes planétaires. Contrairement à la lumière émise par une étoile ou un disque protoplanétaire lointain, ces corps transportent de la matière solide et glacée qui peut être analysée lorsqu'ils traversent temporairement notre voisinage cosmique.

Après son périhélie, 3I/ATLAS a également développé une chevelure dominée par le monoxyde de carbone, avec des abondances de CO et de CO₂ supérieures à celles de l'eau. L'évolution de ces émissions confirme que l'activité de la comète varie au fur et à mesure que différentes réserves internes de glace sont exposées au réchauffement direct du Soleil.

L'intérêt de cet objet ne réside pas dans la recherche d'une éventuelle vie, mais dans la possibilité de reconstituer les températures, les niveaux de rayonnement, la métallicité et l'évolution stellaire grâce à l'étude de ses isotopes. Cette combinaison offre une approche indépendante pour explorer les premières étapes de l'histoire de la Voie lactée.

Bien que l'âge proposé reste encore entaché d'incertitudes, la combinaison de sa teneur en deutérium et de sa signature isotopique du carbone distingue clairement 3I/ATLAS des comètes du Système solaire. Les futurs objets interstellaires qui traverseront notre voisinage permettront de déterminer si cette composition chimique est exceptionnelle ou si elle représente une population encore inconnue de petits planétésimaux.