3I/ATLAS pourrait être une relique gelée d’un ancien système stellaire

3I/ATLAS n’est pas seulement une visiteuse venue d’un autre système stellaire. Les gaz et les isotopes libérés par cette comète conservent une trace des conditions dans lesquelles ses glaces se sont formées. Cette signature pointe vers un environnement bien plus froid, et chimiquement différent, de celui à l’origine des comètes du Système solaire.

L’interprétation la plus solide est celle d’une formation dans les lointaines régions externes d’un ancien système stellaire relativement pauvre en métaux — en astronomie, les éléments plus lourds que l’hélium. En revanche, les astronomes ne peuvent pas remonter sa trajectoire jusqu’à une étoile parente identifiable. 1718

L’indice décisif : une eau extraordinairement riche en deutérium

Le résultat le plus révélateur concerne la composition isotopique de son eau. Les mesures du télescope spatial James-Webb ont établi un rapport deutérium/hydrogène (D/H) de (0,98 ± 0,06) % : c’est plus d’un ordre de grandeur au-dessus de celui des comètes connues, et environ 30 fois le niveau observé dans les comètes du Système solaire selon Webb de l’ESA. Les rapports isotopiques du carbone mesurés dans le monoxyde de carbone (CO) et le dioxyde de carbone (CO₂) sortent eux aussi des plages habituellement observées dans le Système solaire, les nuages interstellaires proches et les disques protoplanétaires. 1726

Ces signatures sont compatibles avec une chimie des glaces à 30 K ou moins, soit environ −243 °C. Dans un tel froid, le deutérium peut être incorporé préférentiellement dans certaines molécules. C’est donc l’archive chimique de conditions de formation exceptionnellement froides, non la preuve d’un lieu de naissance précis. 17

Une chevelure dominée par des composés volatils inhabituels

3I/ATLAS se distingue aussi par le mélange de gaz libérés par son noyau et sa chevelure, l’enveloppe de gaz et de poussières qui l’entoure.

• Dioxyde de carbone : la comète est exceptionnellement riche en CO₂ par rapport à l’eau. Les valeurs rapportées de CO₂/H₂O, de l’ordre de 7 à 8 pour 1, sont très supérieures à celles habituellement associées aux comètes du Système solaire. 3542
• Méthane : l’instrument MIRI de Webb a livré la première détection directe de méthane dans un objet interstellaire. 33
• Nickel : les spectres dans l’infrarouge moyen ont détecté du nickel atomique ; des observations optiques ont aussi confirmé l’émission de cyanogène (CN). Le nickel n’a donc pas été détecté « à la place » du CN : les deux font partie de l’inventaire chimique observé. 3332

Cet inventaire ne raconte pas, à lui seul, une histoire d’origine unique. Associé aux rapports isotopiques extrêmes, il renforce toutefois l’idée que 3I/ATLAS a conservé des matériaux riches en volatils issus d’une région froide et externe de son système natal.

Une queue riche en azote, autre indice d’un passé glacial

Après son passage au plus près du Soleil, l’instrument WEAVE, installé sur le télescope William-Herschel, a résolu cinq ions dans la queue de plasma anti-solaire de 3I/ATLAS :

• N₂⁺ ;
• CO⁺ ;
• CO₂⁺ ;
• H₂O⁺ ;
• CH⁺.

Le rapport N₂⁺/CO⁺ mesuré fournit une limite basse de N₂/CO > 0,023 ± 0,001. Il indique que la comète est riche en azote par rapport aux comètes du Système solaire. L’azote moléculaire étant très volatil, sa conservation est cohérente avec des conditions de formation très froides. Il s’agit d’un indice de soutien, et non d’une mesure indépendante permettant de fixer un lieu de naissance ou un âge précis. 37

Ce que les isotopes permettent réellement de déduire

La trajectoire de l’objet établit indépendamment son statut interstellaire ; sa chimie montre qu’il ne provient pas du Système solaire. Les données isotopiques suggèrent une formation dans un environnement relativement pauvre en métaux. Les modèles d’évolution chimique de la Voie lactée rendent alors plausible une origine dans un vieux système stellaire. Dans les incertitudes de ces modèles, les régions externes, pauvres en métaux, du disque galactique constituent également une origine possible. 1718

Cette conclusion reste probabiliste. Une comète peut conserver des indices sur son environnement de formation, mais elle ne peut pas encore être reliée dynamiquement à une étoile nommée. Affirmer que 3I/ATLAS provient avec certitude d’un système particulier — ou que l’intégralité de son histoire a été reconstituée — irait au-delà des données disponibles.

Pourquoi 3I/ATLAS compte pour l’étude des visiteurs interstellaires

Seuls quelques objets interstellaires ont été détectés assez près pour être étudiés en détail. Chacun peut être atypique : il est donc encore impossible de savoir si 3I/ATLAS est une anomalie extrême ou un échantillon représentatif d’anciens petits corps extrasolaires.

Le programme Legacy Survey of Space and Time (LSST) de l’observatoire Vera-C.-Rubin pourrait changer d’échelle. Les prévisions restent très incertaines, car l’abondance, la taille, l’albédo et la distribution des vitesses de ces objets sont mal connus. Les estimations publiées vont de moins d’une détection annuelle à plusieurs dizaines, selon les hypothèses. 23

Avec un échantillon plus vaste et une spectroscopie réalisée rapidement après chaque découverte, les astronomes pourraient déterminer :

• la proportion de visiteurs interstellaires cométaires par rapport aux objets rocheux ;
• leurs distributions de tailles, de vitesses et de directions d’arrivée ;
• la fréquence des objets riches en CO₂, en méthane, en azote ou très enrichis en deutérium ;
• les variations de composition chimique entre les populations stellaires probables ;
• l’efficacité avec laquelle les systèmes planétaires éjectent de petits corps dans l’espace interstellaire.

L’enjeu pour Rubin n’est donc pas seulement de repérer davantage de visiteurs étranges. Il est de faire passer la discipline de l’interprétation de cas isolés à la comparaison d’une population, afin de tester si 3I/ATLAS est une rare relique profondément gelée ou l’un des membres d’une vaste famille galactique. 15