Des astronomes ont réalisé une découverte révolutionnaire en détectant pour la première fois une atmosphère mince autour d'un petit corps céleste situé dans le système solaire externe. Cet objet, désigné sous le nom de (612533) 2002 XV93, était auparavant considéré comme trop petit pour soutenir la présence d'une atmosphère.
La ceinture de Kuiper, située à la périphérie de notre système solaire, abrite des milliers de corps gelés et rocheux connus sous le nom d'objets transneptuniens (OTN). Ces vestiges de la formation du système solaire, il y a 4,5 milliards d'années, incluent le célèbre planète naine Pluton, qui est le plus grand de ces OTN.
Les températures glaciales et la faible gravité de surface des petits corps célestes ont conduit les astronomes à penser qu'ils n'étaient pas capables de retenir des atmosphères, à l'exception de Pluton, qui possède une atmosphère ténue. Les atmosphères, en particulier celles denses, se forment généralement autour de grandes planètes ou de lunes, comme Titan, le plus grand satellite de Saturne.
Les planètes naines Eris, Haumea, Makemake, ainsi que le candidat à la planète naine Quaoar, qui sont les plus grands OTN après Pluton, ne semblent pas posséder d'atmosphère. Cependant, lors d'une occasion d'observation rare, des astronomes japonais ont détecté une fine couche d'atmosphère entourant 2002 XV93, comme l'indique une étude publiée dans la revue Nature Astronomy.
Alors que Pluton a un diamètre de 2 377 kilomètres, 2002 XV93 ne mesure qu'environ 500 kilomètres de large. Cette découverte inattendue, réalisée par le Dr Ko Arimatsu, professeur associé et conférencier senior à l'Observatoire astronomique national du Japon, et ses collègues, pourrait offrir un aperçu sans précédent sur la manière dont une atmosphère se forme et se maintient autour d'un objet de petite taille.
À l'approche de janvier 2024, Arimatsu et son équipe se sont préparés à observer un TNO alors qu'il passait devant une étoile brillante, tel qu'observé depuis le Japon. 2002 XV93 suit une orbite standard pour un objet de la ceinture de Kuiper et est plus petit qu'une planète naine, ce qui ne le distinguait pas des autres OTN.
Les moments où un TNO est illuminé par une étoile dans l'arrière-plan cosmique, appelés occultations stellaires, sont des occasions rares d'étudier la taille, la forme et les caractéristiques d'un objet distant. Les chercheurs ont établi des observations à trois endroits différents au Japon, utilisant des observatoires à Kyoto et dans la préfecture de Nagano, ainsi qu'un télescope géré par des citoyens à Fukushima.
Lorsque 2002 XV93 s'est déplacé devant l'étoile, la lumière de celle-ci a progressivement diminué, suggérant la présence d'une atmosphère. Si un objet n'a pas d'atmosphère, une étoile disparaît et réapparaît de manière beaucoup plus nette. « Les données d'observation ont montré un changement progressif de la luminosité de l'étoile près du bord de l'ombre, durant environ 1,5 secondes », a écrit Arimatsu dans un courriel. « Ce type de changement de luminosité en douceur s'explique naturellement si la lumière des étoiles était déformée par une atmosphère très mince autour de l'objet. »
Les chercheurs ont calculé que 2002 XV93 possède une atmosphère environ 5 millions à 10 millions de fois plus mince que celle de la Terre. Ils envisagent deux hypothèses pour expliquer sa formation. L'atmosphère pourrait résulter de cryovolcans sur ce petit corps glacé, libérant des gaz internes tels que le méthane, l'azote ou le monoxyde de carbone depuis son sous-sol. Alternativement, un autre objet de la ceinture de Kuiper, comme une comète, pourrait avoir percuté 2002 XV93, également libérant des gaz du sous-sol. « Si l'atmosphère a été créée par impact, elle pourrait ne durer que quelques centaines d'années », a déclaré Arimatsu. « Mais si une activité cryovolcanique régulière renouvelle l'atmosphère par la libération de gaz, elle pourrait durer beaucoup plus longtemps », a-t-il ajouté.
De futures observations de 2002 XV93, que ce soit par d'autres occasions d'occultation stellaire ou grâce au puissant télescope spatial James Webb, aideront les astronomes à mieux caractériser la nature de l'atmosphère et à déterminer son origine, ainsi que son évolution dans le temps. « Si les futures observations d'occultation révèlent une diminution constante de la pression, cela suggérerait une origine d'impact à court terme », a précisé Arimatsu. Le télescope Webb pourrait également détecter des émissions de méthane ou de monoxyde de carbone provenant de l'objet et identifier la composition de l'atmosphère.
L'équipe d'Arimatsu poursuit ses recherches sur les atmosphères d'autres OTN en s'appuyant sur des observations d'occultations stellaires. Leurs découvertes pourraient aider à déterminer si 2002 XV93 est une rare exception à la règle ou si d'autres objets similaires possèdent également des atmosphères. « C'était une découverte passionnante à lire », a déclaré le Dr Scott S. Sheppard, scientifique du personnel à l'Institut Carnegie pour la science à Washington, DC. « On pensait que des objets comme 2002 XV93 seraient trop petits pour avoir une atmosphère, mais ce résultat prouve que ce n'est pas vrai. » Bien que Sheppard n'ait pas participé à la recherche, il a étudié et découvert des OTN.
Cette découverte souligne également l'activité récente sur 2002 XV93, qu'il s'agisse de l'éruption de gaz congelés ou des conséquences de matériaux tombant lentement sur la surface de l'objet. « Cela montre que la ceinture de Kuiper n'est pas un endroit froid et mort, » a écrit Sheppard dans un courriel, « mais est grouillante d'activité et possède de nombreux éléments constitutifs de la vie. »
Les futures recherches sur 2002 XV93 et d'autres objets de la ceinture de Kuiper pourraient révolutionner notre compréhension de ces corps célestes et de leur potentiel pour abriter des atmosphères. Cette découverte remet en question les idées reçues sur la formation et la stabilité des atmosphères autour des petits corps du système solaire.
