3I/ATLAS : une comète interstellaire qui cache ses secrets sous une croûte irradiée

Les comètes de notre système solaire sont généralement composées d'un mélange de poussière et de gaz gelés. En d'autres termes, ce sont des corps glacés poussiéreux constitués de matériaux provenant des débuts du système solaire. À mesure qu'elles s'approchent du Soleil, ces glaces se subliment et libèrent des gaz et de la poussière, produisant la “chevelure” et la “queue” caractéristiques qui peuvent être étudiées par des mesures in situ (par exemple, la mission Rosetta) ou par des observations à distance à l'aide de télescopes spatiaux.

3I/ATLAS est une comète interstellaire provenant d'un autre système stellaire. De nouvelles recherches menées par l'Institut royal d'Aéronomie Spatiale de Belgique (IASB) montrent que 3I/ATLAS n'expose pas directement la matière à partir de laquelle elle s'est formée. Au contraire, la glace primitive de la comète interstellaire 3I/ATLAS se trouve sous une couche externe de matière primordiale progressivement altérée par les rayons cosmiques au cours de milliards d'années.

3I/ATLAS, un visiteur rare venu d'au-delà du système solaire

Découvert en juillet 2025, 3I/ATLAS est le troisième objet interstellaire confirmé jamais détecté, après 1I/Oumuamua et 2I/Borisov. Avec un diamètre estimé à quelques kilomètres et une composition dominée par des glaces et de la poussière, il s'apparente essentiellement à une comète. Son orbite hyperbolique confirme qu'il provient d'un autre système stellaire situé au-delà du système solaire. On estime que 3I/ATLAS s'est formé il y a plusieurs milliards d'années, sur la base du temps de trajet interstellaire estimé, auquel il faut ajouter un temps de séjour inconnu autour de son étoile mère. Au cours de cette période, 3I/ATLAS a été continuellement exposé aux rayons cosmiques galactiques, ces particules énergétiques provenant des supernovae et d'autres processus astrophysiques à haute énergie, qui imprègnent les galaxies et bombardent tous les corps dans l'espace.

Les observations du télescope spatial James Webb révèlent des rapports CO₂/H₂O exceptionnellement élevés, supérieurs à ceux de toutes les comètes observées à ce jour, ainsi qu'une abondance élevée de CO et une couleur rouge distincte. Ces signatures correspondent aux attentes pour des glaces à basse température altérées par des particules énergétiques. En effet, des expériences en laboratoire ont démontré que les mélanges de glace H₂O et CO irradiés par des particules énergétiques produisent du CO₂ et une croûte rougeâtre.

Une capsule temporelle gelée cachée sous une croûte

Pour comprendre comment les rayons cosmiques ont modifié le noyau de 3I/ATLAS, les chercheurs de l’IASB ont collaboré avec Guillaume Gronoff (NASA Langley Research Center) afin de modéliser l’énergie déposée par les rayons cosmiques galactiques et l'évolution chimique et physique du noyau qui en résulte. Ce modèle montre que la couche altérée par le rayonnement cosmique s'étend probablement sur environ 15 à 20 mètres de profondeur dans le noyau. Au sein de cette couche, la composition de la glace est considérablement modifiée, avec un fort enrichissement en CO₂ et la présence résiduelle de CO. La structure physique de la glace évolue également, devenant progressivement plus compacte sous l'effet d'un rayonnement cosmique soutenu. Le modèle de l’IASB s'appuie sur les résultats d'expériences en laboratoire utilisant des mélanges de glace simplifiés, qui ne permettent pas de saisir pleinement la chimie induite par les rayons cosmiques, qui implique des voies de réaction extrêmement lentes. De plus, la composition des glaces d'origine dans ATLAS n'est pas connue. Malgré ces incertitudes, l'existence d'une croûte irradiée est hautement probable.

Le noyau de 3I/ATLAS est donc enfermé dans une croûte irradiée qui a commencé à se sublimer lorsque 3I/ATLAS s'est approché du Soleil. Le réchauffement solaire et le dégazage associé érodent le noyau et peuvent potentiellement exposer des matériaux plus profonds et moins transformés. L'érosion est la plus importante près du périhélie, lorsque la comète atteint sa distance minimale au Soleil, ce que 3I/ATLAS a fait le 30 octobre.

En fonction du taux d'érosion, des glaces primitives inaltérées pourraient être exposées par la suite. Il est donc essentiel de comparer les observations pré et post-périhélie afin d'identifier les changements de composition et de couleur qui pourraient indiquer l'exposition de matériaux moins transformés. Cependant, le réchauffement solaire induit également une évolution de la composition par sublimation et recondensation sélectives. Ainsi, même si l'érosion finit par exposer des couches plus profondes, l'échantillonnage direct de matériaux inaltérés reste un défi majeur.

Romain Maggiolo (chercheur à l’IASB)

Pourquoi est-ce important ? Ouvrir une fenêtre sur un autre système stellaire et préparer Comet Interceptor

ATLAS est un objet ancien qui cache ses secrets sous une croûte irradiée, mais qui reste une cible scientifique exceptionnelle. Les comètes interstellaires sont les seuls échantillons connus de matière provenant de systèmes exoplanétaires qui s'approchent suffisamment près de la Terre pour être observés en détail. Elles portent à la fois l'empreinte de leur environnement de naissance et les effets de milliards d'années passées dans l'espace. Décoder cette double histoire est essentiel pour comprendre leur évolution et leur origine.

Cette recherche soutient également la mission Comet Interceptor de l'ESA (lancement en 2029), à laquelle participe l’IASB. Comet Interceptor effectuera un survol d'une comète du système solaire entrant pour la première fois dans le système solaire interne. Ces comètes dynamiquement nouvelles proviennent du nuage d'Oort et sont tout aussi susceptibles d'avoir une croûte transformée, façonnée par le bombardement continu des rayons cosmiques depuis la formation du système solaire il y a 4,5 milliards d'années. Il est donc essentiel de comprendre le processus des rayons cosmiques pour interpréter les futures mesures de Comet Interceptor.

Référence

L'article a été soumis à l'Astrophysical Journal et est disponible sur arXiv.

Maggiolo, R., F. Dhooghe, G. Gronoff, J. de Keyser and G. Cessateur, (2025), Interstellar Comet 3I/ATLAS: Evidence for Galactic Cosmic Ray Processing, arXiv, https://doi.org/10.48550/arXiv.2510.26308