Le JWST détecte du méthane sur l'objet interstellaire 3I/ATLAS

Le JWST caractérise l'objet interstellaire 3I/ATLAS, détectant du méthane et des substances volatiles de subsurface

Le télescope spatial James Webb (JWST) a franchi une étape importante dans l'étude des visiteurs extrasolaires, en réalisant la toute première analyse spectroscopique dans l'infrarouge moyen de l'objet interstellaire 3I/ATLAS. Ce troisième visiteur confirmé provenant de l'extérieur de notre système solaire a offert aux astronomes un aperçu rare et détaillé de la composition chimique d'un corps formé dans un environnement lointain et étranger. En utilisant l'instrument MIRI (Mid-Infrared Instrument) du télescope, une équipe de recherche comprenant Matthew Belyakov, Ian Wong et Bryce T. Bolin a observé l'objet après son périhélie, recueillant des données qui suggèrent une histoire complexe de traitement thermique et la préservation de substances volatiles anciennes en subsurface. Les résultats, obtenus lors d'observations en décembre 2025, représentent un changement de paradigme dans notre capacité à échantillonner les briques constitutives d'autres systèmes stellaires.

L'arrivée de 3I/ATLAS fait suite à celle de l'énigmatique 1I/‘Oumuamua et de la comète plus traditionnelle 2I/Borisov. Cependant, 3I/ATLAS a offert une opportunité unique de caractérisation en raison de son timing orbital et de la sensibilité sans précédent du JWST. L'analyse cinématique suggère que cet objet provient probablement du disque épais de la Voie lactée, une région peuplée d'étoiles anciennes, et s'est approché de notre système solaire depuis la direction de la constellation du Sagittaire. En étudiant de tels objets, les scientifiques peuvent déterminer si les schémas chimiques de notre propre système solaire sont typiques ou si nous sommes une exception dans le voisinage galactique. Les observations de 3I/ATLAS ont été menées à des distances héliocentriques de 2,20 et 2,54 ua, offrant une fenêtre sur le comportement de dégazage de l'objet alors qu'il entamait son long voyage de retour vers le vide interstellaire.

L'importance scientifique de 3I/ATLAS et sa signature volatile

Pour capturer l'empreinte chimique de 3I/ATLAS, les chercheurs ont utilisé le spectromètre à moyenne résolution (MRS) de l'instrument MIRI du JWST. Cela a permis de détecter des caractéristiques de fluorescence spécifiques dans la gamme de longueurs d'onde de 5 à 28 microns. Parmi les découvertes principales figure la détection claire de la bande \(\nu_2\) de la vapeur d'eau entre 5,8 et 7,0 microns, ainsi que la bande \(\nu_2\) principale et les bandes chaudes associées du dioxyde de carbone (CO₂) centrées autour de 15 microns. Ces mesures ont révélé un profil chimique frappant : 3I/ATLAS présente un rapport CO₂/eau inhabituellement élevé d'environ 8:1. Ce rapport est nettement supérieur à celui observé dans les comètes typiques du système solaire, ce qui suggère que l'objet s'est peut-être formé dans une région enrichie en dioxyde de carbone ou peut-être sous des conditions de rayonnement spécifiques qui ont altéré sa chimie primordiale.

Au-delà des substances volatiles habituelles, les spectres de MIRI ont également révélé une transition interdite du nickel atomique à 7,507 microns. La présence de telles vapeurs de métaux lourds dans une chevelure cométaire est un phénomène qui n'a été reconnu que récemment dans les comètes du système solaire, et sa détection dans un objet interstellaire souligne le caractère commun de certains processus thermiques à travers différents systèmes stellaires. L'équipe a également observé une source étendue de production d'eau dans la chevelure proche du noyau, indiquant que le dégazage ne provient pas seulement du noyau lui-même, mais aussi de grains de glace entraînés dans la chevelure. Ce phénomène de « source étendue » fournit des indices sur la structure physique de 3I/ATLAS, suggérant une composition glacée fragile qui perd de la matière à mesure qu'elle se réchauffe.

Découverte majeure : détection de méthane et de matériaux de subsurface

Le résultat le plus révolutionnaire de la campagne du JWST est sans doute la première détection directe de méthane (CH₄) dans un objet interstellaire. Le méthane est une espèce hautement volatile qui est souvent absente des couches de surface des corps cométaires en raison du chauffage solaire. Dans le cas de 3I/ATLAS, les chercheurs ont noté un déclenchement retardé de la production de méthane par rapport à l'eau. Cela suggère que le méthane n'était pas présent sur la surface immédiate, mais était plutôt enfermé dans des matériaux de subsurface non transformés. À mesure que la chaleur du Soleil pénétrait plus profondément dans l'objet lors de son passage au périhélie, ces substances volatiles « fraîches » ont été libérées, offrant un regard sur le matériau originel qui est resté inchangé depuis la formation de l'objet il y a des millions ou des milliards d'années.

Cette découverte répond à une question de longue date concernant la présence de méthane sur les objets interstellaires. Alors que les observations précédentes de 2I/Borisov laissaient entrevoir diverses molécules carbonées, l'identification directe du CH₄ dans 3I/ATLAS confirme que ces voyageurs interstellaires transportent les précurseurs organiques nécessaires à une chimie complexe. Le rapport CH₄:H₂O enrichi, comparé à la base de référence des comètes du nuage d'Oort, distingue davantage 3I/ATLAS comme une entité chimiquement distincte. L'émergence du méthane de subsurface sert d'« horloge thermique », racontant comment les couches les plus externes de l'objet ont été transformées par le rayonnement interstellaire et les événements de chauffage antérieurs, tandis que son intérieur est resté une capsule temporelle cryogénique d'un autre monde.

Planétologie comparée et dynamique du dégazage de 3I/ATLAS

Les observations du JWST ont été divisées en deux époques distinctes, séparées de 12 jours en décembre 2025. Ce calendrier a permis à l'équipe de recherche de suivre l'évolution de l'activité de l'objet à mesure qu'il s'éloignait du Soleil. Fait intéressant, les données ont montré une réduction significative du dégazage global au cours de cette brève période. Plus notable encore, le niveau d'activité de l'eau mesuré a chuté plus abruptement que celui des autres espèces gazeuses. Ce dégazage différentiel fournit des données critiques sur la volatilité des matériaux impliqués ; à mesure que la surface se refroidit, l'eau — qui nécessite plus d'énergie pour se sublimer que le CO₂ ou le CH₄ — est la première à voir sa production décliner. Ce comportement confirme le statut de 3I/ATLAS en tant que corps très riche en substances volatiles par rapport aux comètes plus « tempérées » trouvées dans le système solaire interne.

En comparant 3I/ATLAS aux comètes locales, la différence la plus flagrante reste l'enrichissement en dioxyde de carbone. Alors que la plupart des comètes du nuage d'Oort ont l'eau comme substance volatile dominante, 3I/ATLAS semble être dominé par les oxydes de carbone. Cette signature chimique pourrait indiquer un environnement de formation dans un disque protoplanétaire autour d'une étoile plus froide que notre Soleil, ou peut-être dans une région d'un disque où la glace de CO₂ pourrait dominer la glace d'eau. Les chercheurs suggèrent que 3I/ATLAS pourrait être originaire d'une zone de transition entre les disques mince et épais de la galaxie, potentiellement au sein d'un disque de planétésimaux primordial ou d'un exo-nuage d'Oort perturbé par des rencontres stellaires.

Orientations futures de la recherche interstellaire

La caractérisation réussie de 3I/ATLAS marque le début d'une nouvelle ère dans l'astronomie des objets extrasolaires. En établissant une base de référence chimique pour les visiteurs interstellaires, le JWST fournit les données nécessaires pour construire des modèles plus précis de la formation et de l'évolution des systèmes planétaires à travers la galaxie. La présence de méthane, de dioxyde de carbone et de nickel atomique dans un seul corps interstellaire suggère que la diversité de ces objets pourrait être encore plus grande que prévu. Chaque nouveau visiteur fournit un échantillon « gratuit » d'un système solaire lointain, nous épargnant l'impossible voyage de plusieurs années-lumière pour les atteindre.

Pour l'avenir, la communauté scientifique se prépare à une augmentation de ces découvertes. Le futur observatoire Vera C. Rubin, avec son Legacy Survey of Space and Time (LSST), devrait détecter beaucoup plus d'objets interstellaires lorsqu'ils entreront dans notre voisinage. Avec le JWST offrant une capacité de suivi à haute résolution, les astronomes passeront bientôt de l'étude de curiosités individuelles comme 3I/ATLAS à la réalisation de relevés statistiques de la diversité chimique interstellaire. Cette compréhension évolutive de la manière dont les substances volatiles sont préservées à travers les vastes distances de l'espace nous aidera finalement à comprendre les origines des briques de la vie et la fréquence des environnements habitables dans toute la Voie lactée.