Le télescope spatial James Webb a détecté pour la première fois du méthane dans la comète interstellaire 3I/ATLAS. Cette observation, réalisée grâce à l’instrument MIRI, révèle une composition chimique distincte de celle des comètes de notre système solaire, offrant ainsi un aperçu inédit des conditions de formation d’autres systèmes planétaires.
L’apport technologique de l’instrument MIRI
L’identification de cette signature chimique a été rendue possible par la précision spectrale de l’instrument MIRI, le spectromètre infrarouge moyen du James Webb. En analysant le spectre d’émission de l’objet, les chercheurs ont pu isoler la présence de méthane, un exploit technique majeur pour un corps provenant de l’espace interstellaire.
L’instrument MIRI opère dans la gamme spectrale de 5 à 28 micromètres, une fenêtre infrarouge moyenne cruciale pour capturer les signatures vibratoires des molécules organiques. Pour cette observation, les chercheurs ont utilisé le mode Medium Resolution Spectrometer (MRS), qui fournit une spectroscopie de champ intégral (IFS). Cette capacité technique, rendue possible par le refroidissement de l’instrument à environ 7 Kelvin, permet d’obtenir un spectre complet pour chaque pixel de l’image, offrant une résolution spatio-spectrale capable de distinguer la distribution précise des émanations gazeuses au sein de la coma.
Les observations ont été effectuées en décembre 2023, à un moment charnière du parcours de l’objet. Selon les données relayées par news.google.com, la comète 3I/ATLAS s’éloignait déjà du Soleil, se trouvant à une distance comprise entre 329 et 379 millions de kilomètres.
Cette phase est essentielle pour l’étude des volatils. Le méthane est une molécule qui passe facilement de l’état de glace à l’état gazeux, une transition qui devient particulièrement visible lorsque la chaleur solaire pénètre la structure de l’objet.
À cette distance, l’apport d’énergie solaire est nettement inférieur à celui reçu par les comètes de notre système solaire lors de leur passage au périhélie. En application de la loi de l’inverse du carré de la distance, ce flux radiatif réduit rend la détection de gaz volatils comme le méthane particulièrement complexe. Sa présence indique soit une concentration primordiale très élevée dans le noyau, soit un mécanisme de libération thermique interne qui surmonte la faible intensité du chauffage solaire externe.
Une distribution gazeuse asymétrique
L’analyse de l’enveloppe gazeuse entourant le noyau révèle une organisation spatiale qui tranche avec les modèles de comètes classiques. Les chercheurs ont observé que les différents composants ne se répartissent pas de manière uniforme autour du noyau.
- La vapeur d’eau forme un nuage étendu et diffus autour de l’objet.
- Le méthane et le dioxyde de carbone se concentrent de façon beaucoup plus serrée, à proximité immédiate de la surface du noyau.
Cette organisation spatiale, où le méthane et le dioxyde de carbone se concentrent près du noyau tandis que l’eau s’étend de manière diffuse, contredit les modèles de coma homogène. Cette asymétrie suggère une structure de surface hétérogène, possiblement composée d’une croûte réfractaire protégeant des poches de glaces volatiles. La distinction entre la distribution de l’eau et celle des hydrocarbures permet de contraindre les modèles de conductivité thermique de la couche superficielle de l’objet.
Cette concentration près de la surface suggère un mécanisme de libération thermique spécifique. Les scientifiques supposent qu’une part importante du méthane est restée piégée sous la couche superficielle de la comète pendant une très longue période. Ce n’est que lorsque la chaleur solaire a réussi à atteindre les couches plus profondes que le gaz a pu s’échapper et devenir détectable.
Un miroir des systèmes planétaires lointains
Ce qui interpelle le plus la communauté scientifique, c’est la divergence entre la signature de 3I/ATLAS et celle des comètes résidentes de notre propre système solaire. Le rapport entre les différents gaz détectés ne correspond pas aux standards observés localement.
Cette découverte modifie les comparaisons établies avec d’autres corps interstellaires. Alors que l’analyse de 2I/Borisov par les télescopes Hubble et Spitzer montrait une composition dominée par le monoxyde de carbone (CO), similaire aux comètes locales, 3I/ATLAS présente une richesse en méthane ($CH_4$) qui tranche avec les données de la mission Rosetta sur la comète 67P/Churyumov–Gerasimenko. Ces variations de ratios moléculaires, notamment le rapport carbone/oxygène (C/O), constituent des traceurs essentiels pour modéliser la position de la ligne de glace et la chimie globale des disques protoplanétaires, permettant de distinguer les environnements riches en carbone des environnements riches en oxygène.
Ce décalage est le reflet direct de l’histoire chimique de l’endroit où l’objet est né. La présence de ce méthane, combinée à l’abondance relative d’autres composés, indique que les conditions thermiques et chimiques lors de la formation de ce système planétaire étranger étaient fondamentalement différentes des nôtres.
En étudiant ces ratios moléculaires, les astrophysiciens tentent de reconstruire la composition des disques protoplanétaires de galaxies lointaines. La capacité du James Webb à identifier ces molécules volatiles transforme chaque passage de corps interstellaire en une véritable mission de chimie spatiale.
La suite des recherches devrait se concentrer sur la modélisation de la structure interne du noyau pour comprendre la dynamique de cette sublimation. Si ce modèle de libération tardive du méthane se confirme, il pourrait redéfinir notre compréhension de la stabilité des glaces volatiles dans les objets voyageant entre les étoiles.