Le télescope Webb lâchera tout pour observer le prochain objet interstellaire

Le télescope spatial James Webb est une machine aux multiples talents. Il peut scruter à travers la poussière dense de l’espace, entrevoir le drame stellaire des galaxies lointaines et même observer les premières étoiles de l’univers. Mais certains des travaux les plus convaincants de Webb répondront à des questions beaucoup plus proches de chez nous, comme le dilemme convaincant connu sous le nom d’objets interstellaires.

Ces objets – qu’il s’agisse de comètes, d’astéroïdes ou d’artefacts extraterrestres maaaaaaybe (selon à qui vous demandez) – sont nés d’une autre étoile, et ils contiennent des données précieuses enfermées dans leur coma gazeux et leur noyau glacé.

Les astronomes ont suivi deux de ces objets, collectant autant d’informations que possible avec des télescopes au sol et spatiaux au cours de leur voyage de courte durée à travers le système solaire. Mais une étude planifiée avec le miroir de 6,5 mètres de Webb et un réseau avancé de caméras infrarouges brossera un tableau encore plus clair de ces objets interstellaires, de leurs étranges étoiles hôtes et du caractère unique de notre propre système solaire parmi les milliards d’étoiles qui composent la Voie lactée. . Façon.

En 2019, Hubble a pu regarder 2I/Borisov, mais Webb a pu percer les mystères des objets interstellaires suivants. NASA, ESA et J. DePasquale (STScI)

Qu’est-ce qui fait un objet interstellaire ?

Le 19 octobre 2017, le télescope Pan-STARRS de Maui, à Hawaï, a repéré un objet étrange traversant le système solaire. La vitesse et l’extrême excentricité de l’objet signifiaient qu’il n’était pas lié à notre soleil par gravité. Cet objet, appelé ‘Oumuamua (signifiant ‘le messager de loin qui arrive le premier’), a été le premier objet interstellaire jamais enregistré – et quel objet c’était.

Décrit comme “en forme de cigare”, la longueur d’Oumuamua était 10 fois plus large, une extrême bizarrerie parmi les objets spatiaux, et les astronomes ont initialement classé cet intrus interstellaire comme une comète. Mais parce qu’il n’avait pas de coma, une sorte d’atmosphère autour d’une comète causée par la sublimation de la glace, la NASA l’a reclassé comme un astéroïde — mais cette nomenclature badminton ne s’arrête pas là.

En sortant du système solaire, ‘Oumuamua a accéléré de manière inattendue au-delà du soleil en raison d’une caractéristique de comète appelée “dégazage”. Pour rendre les choses encore plus confuses, certains astronomes pensent qu’Oumuamua n’est pas une comète ou un astéroïde, mais une sorte “d’iceberg cosmique”.

Parce qu’il ne faisait qu’un quart de mile de long, ‘Oumuamua n’était plus visible à travers un télescope – terrestre ou orbital – en janvier 2018. On estime que ‘Oumuamua traverse maintenant l’orbite de Neptune alors qu’il poursuit son voyage vers la constellation de Pégase. Les astronomes n’étudieront plus jamais cet objet unique.

“Oumuamua, avec la découverte de la comète voyou en grande partie normale Borisov en 2019, est les deux seuls objets interstellaires jamais enregistrés dans notre système solaire. Étant donné que les astronomes n’ont aucune idée de quand le prochain objet interstellaire explosera dans le ciel, à quoi il ressemblera ou combien de temps il sera observable, Webb pourrait rassembler des experts en comètes et en astéroïdes pour être prêts à tout ce que la galaxie apportera. nous.

Et si ‘Oumuamua est une indication, ils ont besoin de toute l’aide possible.

Animation de la culbute insolite de ‘Oumuamua. NASA/JPL-Caltech

Un réseau complexe de science interstellaire

Plus tôt ce mois-ci, la NASA a publié les premières images capturées par le télescope Webb de 10 milliards de dollars. L’un des astronomes qui attendaient avec impatience ces images était Michael Kelley, un scientifique des comètes à l’Université du Maryland et co-investigateur de la proposition d’objet interstellaire du télescope. Alors que son premier aperçu du potentiel de Webb était à la hauteur du battage médiatique (l’image de la nébuleuse Carina est maintenant son fond d’écran), Kelley considère Webb comme parfaitement adapté à son travail.

“J’aime l’appeler une” machine scientifique pour les comètes “”, déclare Kelley Inverse. En effet, les capacités d’imagerie et de spectrographie de Webb donneront aux astronomes comme Kelley une quantité extraordinaire de détails, y compris si cette comète est interstellaire ou locale.

Les comètes sont principalement composées de trois principaux types de glace – l’eau, le dioxyde de carbone et le monoxyde de carbone – le spectrographe proche infrarouge de Webb (NIRSpec) analysera la composition chimique de cette glace alors qu’elle s’évapore lentement de la chaleur du soleil. Cela donne aux astronomes des indices sur l’endroit où, dans son système hôte, un objet interstellaire peut s’être formé. Par exemple, beaucoup d’eau pourrait signifier que l’objet a fusionné plus près de son étoile, car d’autres glaces nécessitent des températures plus basses, selon Kelley.

À l’aide de l’instrument à infrarouge moyen (MIRI), Webb fournira également des éclaircissements sur la composition de la poussière émanant de ces corps. Les données qu’il fournit peuvent soutenir certaines des plus grandes théories qui expliquent comment les océans se sont formés ou comment la vie s’est enracinée dans notre système solaire.

“Le carbone est une excellente molécule parce que c’est ce qui rend la vie possible”, déclare Kelley. “La pensée est que les comètes et les astéroïdes ont apporté du carbone à la surface de la Terre … l’une des choses que nous recherchons est cette poussière carbonée.”

Les comètes sont comme des capsules temporelles cosmiques. Parce qu’elles se forment généralement dans les confins d’une galaxie, les comètes sont souvent enfermées dans la glace, préservant la géologie de leur formation protoplanétaire pendant des milliards d’années.

Les astéroïdes, en revanche, sont souvent exposés à des températures plus chaudes qui les font fondre ou se modifient d’une autre manière. Alors que les scientifiques pensent que les comètes constituent la majorité des objets interstellaires (car les comètes sont éjectées plus fréquemment), un astéroïde interstellaire n’est pas exclu.

Cristina Thomas est scientifique planétaire à la Northern Arizona University, co-investigatrice de la proposition Webb et experte en astéroïdes. Alors que Kelley s’intéresse à la chimie des comètes interstellaires, Thomas se concentre sur ce que Webb pourrait nous dire sur la surface solide d’un éventuel astéroïde interstellaire.

“Je pense que beaucoup de gens pensent que les astéroïdes sont en quelque sorte monolithiques, comme Han Solo volant à travers un champ d’astéroïdes”, nous dit Thomas. Inverse. “Ils sont en fait si incroyablement différents les uns des autres à bien des égards.”

Webb sera en mesure d’entrevoir ces différences en utilisant des longueurs d’onde infrarouges proches et moyennes et fournira des données sur les silicates d’un astéroïde, les signatures minérales, l’éventuelle hydratation de surface et la composition de la surface – qu’elle soit rocheuse ou poreuse (comme Am maintenant).

En raison des caractéristiques de type astéroïde d’Oumuamua, Thomas et son équipe ont utilisé l’énigme en forme de cigare comme cas de test pour déterminer ce que Webb verra si un autre astéroïde interstellaire arrive dans notre voisinage galactique.

« Nous n’avons pas eu beaucoup d’observations approfondies avec ‘Oumuamua. [With Webb], nous obtenons une large couverture de longueur d’onde – cela nous en dira beaucoup sur l’objet lui-même et cela permettra vraiment une comparaison complète », explique Thomas. “Nous pouvons supposer que d’autres systèmes ont des blocs de construction similaires, mais voir cela est vraiment génial.”

Représentation artistique de l’Observatoire Rubin. Todd Mason, Mason Productions Inc. / Société LSST

En attendant Rubin

Alors que Webb est prêt à regarder le prochain objet interstellaire croiser son chemin, un obstacle majeur demeure – les scientifiques doivent d’abord en trouver un.

Bien que deux objets aient été découverts au cours des sept dernières années, Kelley pense qu’une fréquence de découverte plus fiable est d’un objet interstellaire tous les dix ans. Heureusement, un nouveau télescope au sol sur la crête du Cerro Pachón, dans le centre-nord du Chili, va changer tout cela.

Dans le cadre de son Legacy Survey of Space and Time (LSST), l’observatoire Vera C. Rubin cartographiera le système solaire avec plus de précision que jamais. Le télescope hawaïen Pan-STARRS a découvert ‘Oumuamua avec un miroir de 1,8 mètre. En comparaison, Rubin est équipé d’un miroir plus de quatre fois plus grand, ce qui, selon les scientifiques, pourrait faire exploser le nombre connu d’objets dans notre système solaire par un facteur de 10 (voire plus). Et parmi eux, il pourrait y avoir un certain nombre d’objets étranges dont la vitesse et l’excentricité indiquent une origine interstellaire.

« Nous avons besoin d’une nouvelle découverte pour que ce projet fonctionne. Tout dépend de ce qui est découvert », dit Kelley. «Borisov a été facile à observer pendant longtemps. “Oumuamua devait être vu dans un mois.”

Parce que les astronomes pourraient voir un objet interstellaire à tout moment, cette étude particulière fait partie du programme Target of Opportunity de la NASA. Ce programme permet aux équipes qui étudient des phénomènes sensibles au temps, tels que les supernovas ou les objets interstellaires, d’interrompre la programmation régulière de Webb avec seulement trois jours de délai. Cette étude particulière relève de la catégorie “Cible d’opportunité perturbatrice”, ce qui signifie que Webb a pu jeter son dévolu sur un objet interstellaire entrant dans les deux semaines suivant sa découverte.

À l’avenir, les données de Webb sur les objets interstellaires pourraient informer d’autres missions spatiales encore plus ambitieuses, telles que Comet Interceptor de l’Agence spatiale européenne. Lancé en 2029, ce vaisseau spatial sera stationné au point de Lagrange 2, attendant une délicieuse comète à longue période ou un objet interstellaire à poursuivre et à étudier. Bien que les télescopes soient formidables, rien ne se compare à la science recueillie lors d’une mission spatiale, comme le prouvent sans aucun doute des projets scientifiques de haut niveau comme Rosetta et Osiris-REx.

“Chaque fois que nous envoyons un vaisseau spatial quelque part, nous apprenons quelque chose de complètement nouveau”, dit Thomas. “Mais même si James Webb n’aime pas piloter un vaisseau spatial, nous allons en voir tellement plus… Cela va changer le paradigme de la façon dont nous pensons à ces objets.”

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