3I/ATLAS : le troisième visiteur interstellaire révèle une production d’eau « hyperactive »

3I/ATLAS : le troisième visiteur interstellaire révèle une production d'eau « hyperactive »

L'arrivée d'un objet interstellaire (ISO) au sein de notre système solaire offre une occasion rare et cruciale d'étudier les briques élémentaires de systèmes planétaires lointains sans quitter notre propre arrière-cour cosmique. Le dernier visiteur en date, 3I/ATLAS, a fourni aux astronomes une mine de données qui remet en question les hypothèses précédentes concernant la composition de ces corps nomades. Alors que le premier objet interstellaire, 1I/‘Oumuamua, est apparu comme un éclat rocheux et sec, et que le second, 2I/Borisov, s'est comporté davantage comme une comète typique, 3I/ATLAS s'est révélé être « hyperactif ». De nouvelles recherches basées sur des observations spatiales indiquent que 3I/ATLAS libère de l'eau à une échelle qui suggère une histoire évolutive remarquablement différente de celle de ses prédécesseurs.

Une étude menée par Hanjie Tan et Jian-Yang Li du Planetary Environmental and Astrobiological Research Laboratory (PEARL) de l'Université Sun Yat-sen, aux côtés de Xiaoran Yan de l'Institut de physique appliquée « Nello Carrara » (IFAC–CNR), a caractérisé la production d'eau de 3I/ATLAS lors de son passage critique au périhélie. Parce que la trajectoire de l'objet l'a mené extrêmement près du Soleil, les télescopes terrestres n'ont pas pu l'observer en raison de l'éblouissement solaire. Pour contourner cette limitation, les chercheurs se sont tournés vers l'instrument Solar Wind ANisotropies (SWAN) à bord du vaisseau spatial SOHO (Solar and Heliospheric Observatory), qui surveille les émissions Lyman-alpha des atomes d'hydrogène neutres — le sous-produit des molécules d'eau dissociées par le rayonnement solaire.

Caractérisation de la nature hyperactive de 3I/ATLAS

Le principal résultat de cette recherche, publié dans un récent projet pour l'American Astronomical Society, est un taux de production d'eau maximal post-périhélie ($Q_{\mathrm{H_2O}}$) d'environ $4 \times 10^{28}$ molécules par seconde. Pour mettre cela en perspective, les chercheurs ont calculé que cela nécessite une « fraction active » minimale d'environ 30 % de la surface de l'objet, en supposant un rayon maximal du noyau de 2,8 kilomètres. En science cométaire, une fraction active de cette ampleur est considérée comme « hyperactive », car la plupart des comètes du système solaire ne subliment que sur un faible pourcentage de leur surface.

Ce niveau d'activité établit un parallèle frappant avec la comète 103P/Hartley 2, une comète hyperactive bien connue au sein de notre propre système solaire. Tan et ses collègues suggèrent que le taux de production élevé ne provient probablement pas uniquement de la surface du noyau, mais plutôt d'une « source distribuée » de grains glacés. À mesure que 3I/ATLAS s'approchait du Soleil, il semble avoir libéré un nuage de petites particules glacées qui se sont sublimées à l'unisson, créant une surface effective de libération d'eau plus grande que celle que le noyau solide pourrait fournir seul. Cela suggère que 3I/ATLAS pourrait être un fragment d'un planétésimal beaucoup plus grand et riche en volatils provenant de son système d'origine.

La dynamique de l'asymétrie du périhélie

L'une des contributions les plus significatives de cette étude est la documentation d'une « asymétrie du périhélie » dans le comportement de l'objet. En comparant leurs mesures post-périhélie avec les données antérieures au périhélie, l'équipe a découvert que la luminosité de 3I/ATLAS n'augmentait et ne diminuait pas au même rythme. Lors de son voyage vers le Soleil (trajet entrant), la production d'eau a augmenté brusquement, suivant une loi de puissance en $r_h^{-5.9 \pm 0.8}$ (où $r_h$ est la distance héliocentrique). Cependant, alors qu'il s'éloignait du Soleil (trajet sortant), le déclin était beaucoup plus progressif, suivant une loi en $r_h^{-3.3 \pm 0.3}$.

Cette asymétrie constitue une empreinte de l'évolution thermique de l'objet. La forte augmentation à l'approche a probablement marqué la transition lorsque 3I/ATLAS a franchi la « ligne de sublimation de la glace d'eau » à environ 2 ou 3 ua, provoquant un réveil soudain des substances volatiles dormantes. Le déclin plus lent après le périhélie suggère que l'énergie thermique absorbée lors de son passage au plus près a continué de stimuler l'activité même alors que l'objet se retirait vers les régions plus froides du système solaire. Les chercheurs ont utilisé une modélisation Monte-Carlo 3D pour confirmer que ce comportement était dicté par l'insolation solaire agissant sur une zone active stable, plutôt que par un sursaut ponctuel ou un événement de fragmentation.

Un messager stable venu de la galaxie

Malgré la chaleur intense du périhélie, 3I/ATLAS a fait preuve d'une stabilité structurelle remarquable. Contrairement à 2I/Borisov, qui présentait des signes de sursaut optique et un déclin rapide de la production d'eau près du Soleil, 3I/ATLAS a maintenu un débit régulier. Selon l'équipe de recherche, il n'y avait « aucun signe de sursaut ou d'épuisement rapide de la production d'eau » pendant la fenêtre d'observation de novembre à décembre 2025. Cette stabilité suggère une composition homogène, où les volatils sont répartis uniformément dans la matrice du noyau plutôt que piégés dans des poches isolées.

L'âge dynamique de 3I/ATLAS ajoute encore à son mystère. Avec une vitesse excessive hyperbolique élevée ($v_{\infty} \approx 58$ km/s), l'objet est estimé âgé de 3 à 11 milliards d'années. Cet âge implique qu'il s'est formé au début de l'histoire de la Galaxie, potentiellement avant la naissance de notre propre Soleil. Sa nature « primitive » — ayant passé des milliards d'années dans le froid profond de l'espace interstellaire — fait de sa réponse soudaine et hyperactive à la chaleur solaire un point de données vital pour comprendre la formation des planétésimaux dans d'autres systèmes stellaires.

Comparaison des trois visiteurs interstellaires

La découverte et la caractérisation de 3I/ATLAS permettent une étude comparative fascinante des trois objets interstellaires connus :

• 1I/‘Oumuamua : Apparemment inactif, sans coma détectable, ce qui a conduit à des théories allant d'un fragment de glace d'azote à un éclat rocheux.
• 2I/Borisov : Très riche en volatils avec un rapport CO/H2O élevé, mais sujet à la fragmentation et aux sursauts près du Soleil.
• 3I/ATLAS : Caractérisé par une production d'eau « hyperactive » et une coma stable dominée par les grains, reflétant certaines des comètes les plus actives de notre propre système.

Cette diversité suggère que l'objet interstellaire « standard » n'existe pas. Au lieu de cela, la Voie lactée semble être peuplée d'une grande variété de petits corps, reflétant la diversité des environnements chimiques et thermiques des disques protoplanétaires dans lesquels ils se sont formés.

Implications pour l'avenir de la science cométaire

L'étude de Tan, Yan et Li souligne le rôle indispensable des actifs spatiaux comme SOHO dans l'astronomie moderne. Sans l'instrument SWAN, la phase la plus active de 3I/ATLAS aurait été une « boîte noire » pour les chercheurs. Alors que la communauté astronomique se prépare pour de futures missions — comme la mission Comet Interceptor de l'Agence spatiale européenne (ESA), qui vise à attendre dans l'espace qu'une comète primitive ou un ISO pénètre dans le système — les données de 3I/ATLAS fournissent une feuille de route sur ce à quoi s'attendre.

Pour l'avenir, la stabilité et la richesse en eau de 3I/ATLAS offrent l'espoir que les futurs visiteurs interstellaires soient plus que de simples ombres fugaces. Si des objets comme 3I/ATLAS sont courants, ils pourraient servir de « systèmes de livraison galactiques », transportant de l'eau et des molécules organiques sur les vastes distances entre les étoiles. Pour l'instant, 3I/ATLAS poursuit son voyage vers le vide interstellaire, laissant derrière lui une traînée de données qui a considérablement élargi notre compréhension des voyageurs errants de la galaxie.