Cette vue d’artiste montre le premier objet interstellaire découvert dans le système solaire, `Oumuamua. Crédit : ESA/Hubble, NASA, ESO, M. Kornmesser
Le 19 octobree, 2017, les astronomes ont fait la toute première détection d’un objet interstellaire (ISO) traversant notre système solaire. Désigné 1I/2017 U1′ Oumuamua, cet objet a déconcerté les astronomes qui n’ont pu déterminer s’il s’agissait d’une comète interstellaire ou d’un astéroïde. Après quatre ans et de nombreuses théories (dont la controversée “ET solar sail” hypothèse), la communauté astronomique a semblé se poser sur une explication qui satisfaisait à toutes les observations.
La théorie de « l’iceberg d’azote » a déclaré que « Oumuamua était probablement des débris d’un Pluton-comme une planète dans un autre système solaire. Dans leur dernière étude, intitulée « Le budget de masse nécessaire pour expliquer « Oumuamua comme un iceberg d’azote », Amir Siraj et le professeur Avi Loeb (qui a proposé l’hypothèse de la voile solaire ET) ont offert un contre-argument officiel à cette théorie. Selon leur nouvel article, il y a une pénurie extrême d’exo-Plutos dans la galaxie pour expliquer la détection d’un iceberg d’azote.
Dans l’article où il a évoqué la possibilité, Loeb a indiqué que “le caractère et le comportement inhabituels d’Oumuamua étaient compatibles avec une voile solaire”. Cela comprenait la nature hautement réfléchissante de l’objet et son profil, qui semblait être soit en forme de cigare, soit en forme de crêpe. Plus important encore, son accélération soudaine et sa déviation par rapport à son orbite attendue semblaient être le résultat de la pression de rayonnement, ce qui est précisément la façon dont les voiles solaires parviennent à se propulser.
Il y avait aussi la façon dont il est entré dans notre système solaire, qui lui a permis de faire un survol de la Terre après être passé le plus près de notre Soleil (périhélie). En d’autres termes, sa dynamique orbitale lui a permis d’observer de près la seule planète habitable de notre système solaire, ce qui est précisément ce que l’on pourrait attendre d’une sonde interstellaire. Ces arguments ont été détaillés plus loin dans le livre de Loeb, Extraterrestre : le premier signe de vie intelligente au-delà de la Terre, que nous examiné dans un article précédent.
Au moment de la rédaction du livre, toutes les tentatives pour expliquer ‘Oumuamua en termes de phénomènes naturels ont échoué. Fondamentalement, il n’y avait pas d’explication unique qui pourrait expliquer sa luminosité, son profil et son accélération tout en reconnaissant qu’il n’y avait aucune preuve de dégazage. De plus, l’accélération soudaine n’a pas pu être attribuée aux forces gravitationnelles car celles-ci auraient dû ralentir ‘Oumuamua à l’époque.
En mars 2021, deux chercheurs du École d’exploration de la Terre et de l’espace (SESE) de l’Arizona State University (ASU) a proposé une nouvelle hypothèse. Dans deux études publiées, le chercheur en exploration SESE Alan Jackson et le professeur Steven Desch ont soutenu que « Oumuamua pourrait avoir été un fragment de glace d’azote éjecté d’un jeune système stellaire (peut-être dans le bras de Persée de notre galaxie) ca. Il y a 400 à 500 millions d’années.
Dans leurs premier papier, Jackson et Desch ont abordé la taille et les contraintes de composition de ‘Oumuamua et ont montré comment l’albédo d’Oumuamua était similaire aux glaces d’azote à la surface de Triton et de Pluton. Dans leurs deuxième papier, ils ont montré comment ces types de fragments de glace d’azote pouvaient être générés par la collision d’objets extrasolaires de composition similaire à Pluton et à l’objet de la ceinture de Kuiper (KBO).
Cette peinture de William K. Hartmann, scientifique émérite au Planetary Science Institute de Tucson, en Arizona, est basée sur une commande de Michael Belton et montre un concept de l’objet ‘Oumuamua sous la forme d’un disque en forme de crêpe. Crédit : Illustration par William Hartmann
Selon leurs estimations, ces collisions généreraient et éjecteraient environ 100 000 milliards (~1014) objets dans l’espace interstellaire, dont la moitié serait composée de glace d’eau et l’autre moitié d’azote (N2). Cette population suffirait à satisfaire la significativité statistique des ISO nécessaires pour expliquer la détection de ‘Oumaumua. Tout aussi important était le fait qu’un objet composé de N2 ne formerait pas de queue à l’approche de notre Soleil, car il n’y aurait pas de vapeur d’eau ou de CO/CO2 sublimer. Comme Siraj l’a expliqué à Universe Today par e-mail :
« L’attrait de l’hypothèse de l’iceberg d’azote réside principalement dans l’explication de l’accélération non gravitationnelle d’Oumuamua. Tout comme pour un hypothétique iceberg d’hydrogène, l’activité de dégazage d’un iceberg d’azote n’aurait pas été détectable dans les mesures prises sur ‘Oumuamua par le télescope spatial Spitzer, qui limitait simplement l’abondance de molécules à base de carbone autour d”Oumuamua. En conséquence, la sublimation de la matière pourrait éventuellement alimenter l’accélération non gravitationnelle observée de l’objet.
L’un des principaux points soulevés par Loeb dans son document de proposition était qu’indépendamment de la vraie nature de ‘Oumuamua, sa détection impliquait une population massive d’objets similaires dans notre galaxie. Dans leur article de réfutation, qui a été récemment accepté pour publication dans la revue Nouvelle astronomie, Siraj et Loeb se sont demandé s’il y avait suffisamment de matériel dans le voie Lactée galaxie pour créer une telle population d’icebergs d’azote.
Une conséquence de l’évaluation de Jackson et Desch était qu’il doit y avoir une population robuste d’« exo-Plutos » dans notre galaxie. Pour que ce soit le cas, les étoiles de la Voie lactée devraient avoir suffisamment de matière provenant de la formation d’étoiles (c’est-à-dire un budget de masse) pour permettre la formation de ces planètes. Pour tester cela, Siraj et Loeb ont pris le modèle de l’iceberg d’azote et ont examiné la quantité de matière stellaire nécessaire pour le faire fonctionner.
Vue d’artiste du premier objet interstellaire “Oumuamua”, découvert le 19 octobre 2017 par le télescope Pan-STARRS 1 à Hawaï. Crédit : ESO/M. Kornmesser
“Notre calcul est très simple”, a déclaré Siraj. « Nous prenons tous les paramètres du modèle d’iceberg d’azote, l’abondance requise d’objets de type ‘Oumuamua pour expliquer sa détection par Pan-STARRS et les faits de base sur les étoiles de la Galaxie, et dérivons de ces valeurs la masse totale du matériau de métallicité solaire. devait être converti en exo-Plutos, pour rendre plausible le modèle de l’azote.
Ce qu’ils ont conclu, c’est que même sous les hypothèses les plus optimistes possibles, le modèle échoue de plusieurs ordres de grandeur. En bref, un système stellaire n’aurait pas assez de glace d’azote pour permettre une population aussi robuste d’exo-Plutos, ce qui signifie que statistiquement, il ne peut tout simplement pas y avoir assez d’ISO composés de N2 pour expliquer la détection fortuite de ‘Oumuamua.
Le modèle devient encore plus improbable si l’on considère comment les rayons cosmiques érodent naturellement les ISO. Selon d’autres recherches récemment publiées, ce processus impose une durée de vie beaucoup plus courte aux ISO qu’on ne le pensait auparavant. Comme Siraj l’a expliqué :
« Le principal problème avec un modèle d’iceberg à l’azote est que la production de la population requise de tels objets nécessiterait plus de dix fois la masse totale des étoiles de la Voie lactée pour être convertie directement en exo-Plutos – et lorsque nous tenons compte correctement de l’inévitable l’érosion par les rayons cosmiques des icebergs d’azote, nous avons besoin de mille fois la masse stellaire de la Galaxie. Ces chiffres rendent le modèle de l’azote intenable, car seule une petite fraction de la masse stellaire de la Galaxie sert à la production d’exo-Plutos.“
Le projet Starshot, une initiative parrainée par la Breakthrough Foundation, se veut le premier voyage interstellaire de l’humanité. Crédit : percéeinitiatives.org
De plus, Siraj et Loeb citent des recherches parues peu de temps après la parution de leur étude sur l’arXiv qui jette le doute sur la prévalence des icebergs d’azote dans notre galaxie. Dans une étude intitulée «Contraintes sur l’occurrence d’objets de type Oumuamua», paru dans le numéro d’octobre de Bulletin de la Société américaine d’astronomie (BAAS), les auteurs Levine et al. soutiennent que les hypothèses de l’iceberg d’hydrogène et de l’iceberg d’azote souffrent de défauts critiques.
Alors que les exigences de température pour la première théorie la rendent intenable, l’efficacité de formation nécessaire fait de même pour la seconde. En fin de compte, ils ont également déterminé que le mécanisme de production de N2 fragments de glace (impacts sur les analogues extrasolaires de la ceinture de Kuiper) était insuffisant pour créer des objets aussi gros que ‘Oumuamua, et plusieurs ordres de grandeur trop faibles pour créer une population de 1014 objets.
“Le modèle à l’azote n’est plus sur la table”, a déclaré Siraj. « Cela signifie que le mystère ‘Oumuamua reste grand ouvert, motivant encore plus fortement l’étude d’objets comme ‘Oumuamua dans le futur. C’est le but de la branche des objets interstellaires de la Projet Galilée, que j’ai le privilège de diriger – découvrir et caractériser des objets comme ‘Oumuamua, et finalement comprendre leur nature.
Addenda: Chez Universe Today, nous avons eu la chance de parler avec le professeur Desch, co-auteur de l’hypothèse de « l’iceberg d’azote ». Comme il l’a expliqué, la distribution des objets de type ‘Oumuamua ne défavorise pas leur hypothèse, principalement parce qu’il existe un désaccord sur la densité implicite. Comme il l’a dit :
« La densité numérique des objets interstellaires n’est pas aussi élevée que l’affirment Siraj et Loeb. Ils citent l’article de Do et al. (2018), qui estiment à partir des résultats de l’enquête PAN-STARRS que la densité numérique d’objets comme ‘Oumaumua est > 0,1 par UA^3. Mais le document de découverte de Meech et al. (2017) montre clairement à partir de l’analyse de PAN-STARRS, Catalina et d’autres enquêtes que la densité numérique est plutôt de 0,003 par AU^3. Cette différence supprime toute la tension du problème, et il n’est pas du tout invraisemblable qu’exo-Plutos puisse fournir suffisamment de fragments de glace N2.
« En fait, dans Desch & Jackson (2021), nous avons calculé le nombre de fragments de glace N2 générés par notre système solaire à ses débuts, et est exactement suffisant pour fournir 0,003 par AU^3 si la plupart des systèmes solaires éjectent des nombres similaires. Notamment, Siraj & Loeb n’a trouvé aucune erreur dans notre analyse, produisant à la place un calcul brut au dos de l’enveloppe. Il vaut la peine d’ajouter que, quelle que soit la probabilité, un fragment de glace N2 se conforme exactement à chaque caractéristique observable de ‘Oumuamua (par exemple, l’accélération non gravitationnelle), et aucune autre hypothèse ne le fait. Dire que l’hypothèse du fragment de glace N2 est « hors de la table » est prématuré, mal informé et ignore qu’il n’y a rien de mieux sur la table. »
L’installation au sommet de l’observatoire Vera C. Rubin. Crédit : Observatoire Rubin
Qu’est-ce que cela signifie pour ‘Oumuamua et l’explication plus « exotique » de son origine – c’est-à-dire qu’il pourrait s’agir d’une voile solaire extraterrestre ? Pour le moment, ce dernier document de réfutation (et la réponse du professeur Desch et Jackson) indique que le jury est toujours absent sur ‘Oumuamua et qu’il y a encore un débat sur l’explication la mieux adaptée. Il est donc heureux qu’il y ait des opportunités de recherche dans un avenir proche qui apporteront des contraintes supplémentaires aux ISO.
Le projet Galileo (décrit dans un article précédent) est une initiative de recherche à but non lucratif fondée par le professeur Loeb et Frank H. Laukien, chercheur invité à l’Université de Harvard et président, président et chef de la direction du Société de l’utilisateur (un fabricant d’instruments scientifiques). Ce projet multinational et multi-institutionnel est composé d’experts bénévoles, dont Amir Siraj en tant que directeur des études sur les objets interstellaires.
Ensemble, ils travaillent à introduire la recherche d’intelligence extraterrestre (SETI) et de technosignatures dans le courant dominant. Ils sont rejoints par des astronomes et des observatoires dans le monde entier qui attendent avec impatience les prochaines années, lorsque les observatoires de nouvelle génération deviendront opérationnels dans les années à venir. Cela comprend l’observatoire Vera C. Rubin (anciennement le grand télescope synoptique), qui termine la construction au Chili et devrait commencer ses opérations l’année prochaine (ou peut-être 2023).
À l’aide de son miroir de 8,4 mètres (27 pieds) et de sa caméra de 3 200 mégapixels, cet observatoire mènera une enquête sur 10 ans, au cours de laquelle il observera environ 37 milliards d’étoiles et de galaxies. L’Observatoire Rubin explorera également notre système solaire et fournira des alertes régulières concernant les objets nouvellement découverts, dont environ 5 ISO par mois ! Nasa et l’ESA développent également des missions qui rencontreront prochainement les ISO et les étudieront de près.
S’il y a une chose sur laquelle toute la communauté astronomique a toujours été d’accord, c’est le fait que ‘Oumuamua représente une classe d’objets auparavant inconnus. Le fait que de tels objets traversent régulièrement notre système solaire (et certains finir par rester) présente d’immenses possibilités d’études futures !
Publié à l’origine le Univers aujourd’hui.
Référence : « Le budget de masse nécessaire pour expliquer « Oumuamua comme un iceberg d’azote » par Amir Siraj et Abraham Loeb, 15 octobre 2021, Astrophysique > Astrophysique terrestre et planétaire.
arXiv : 2103.14032
