L’oxygène abondant de la comète 67P est plus une illusion, selon une nouvelle étude –


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  • Lorsque le vaisseau spatial Rosetta de l’Agence spatiale européenne a découvert une abondance d’oxygène moléculaire provenant de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko (67P) en 2015, cela a intrigué les scientifiques. Ils n’avaient jamais vu une comète émettre de l’oxygène, encore moins en telle abondance. Mais le plus alarmant était les implications plus profondes : que les chercheurs aient dû rendre compte de tant d’oxygène, ce qui signifiait reconsidérer tout ce qu’ils pensaient déjà savoir sur la chimie du système solaire primitif et comment il s’est formé.

    Une nouvelle analyse, cependant, dirigée par le scientifique planétaire Adrienn Luspay-Kuti du Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (APL) à Laurel, Maryland, montre que la découverte de Rosetta n’est peut-être pas aussi étrange que les scientifiques l’avaient d’abord imaginé. Au lieu de cela, cela suggère que la comète possède deux réservoirs internes qui donnent l’impression qu’il y a plus d’oxygène qu’il n’y en a réellement.

    « C’est une sorte d’illusion », a déclaré Luspay-Kuti. « En réalité, la comète n’a pas cette abondance d’oxygène élevée, du moins pas en ce qui concerne sa formation, mais elle a accumulé de l’oxygène qui est piégé dans les couches supérieures de la comète, qui est ensuite libéré d’un seul coup. »

    Bien que commun sur Terre, l’oxygène moléculaire (deux atomes d’oxygène doublement liés l’un à l’autre) est nettement rare dans tout l’univers. Il se lie rapidement à d’autres atomes et molécules, en particulier les atomes d’hydrogène et de carbone universellement abondants, de sorte que l’oxygène n’apparaît qu’en petites quantités dans quelques nuages ​​moléculaires. Ce fait a conduit de nombreux chercheurs à conclure que tout oxygène dans la nébuleuse protosolaire qui a formé notre système solaire avait probablement été récupéré de la même manière.

    Lorsque Rosetta a trouvé de l’oxygène sortant de la comète 67P, cependant, tout a basculé. Personne n’avait vu d’oxygène dans une comète auparavant, et en tant que quatrième molécule la plus abondante dans le coma brillant de la comète (après l’eau, le dioxyde de carbone et le monoxyde de carbone), cela nécessitait une explication. L’oxygène semblait se détacher de la comète avec de l’eau, ce qui a amené de nombreux chercheurs à soupçonner que l’oxygène était soit primordial – ce qui signifie qu’il s’est lié à l’eau à la naissance du système solaire et s’est amassé dans la comète lorsqu’il s’est formé plus tard – ou s’est formé de l’eau après la formation de la comète.

    Mais Luspay-Kuti et son équipe étaient sceptiques. Au fur et à mesure que la forme d’haltère de la comète tourne, chaque « cloche » (ou hémisphère) fait face au Soleil à divers endroits, ce qui signifie que la comète a des saisons, de sorte que la connexion oxygène-eau peut ne pas être présente tout le temps. Sur de courtes périodes, les volatils pourraient potentiellement s’allumer et s’éteindre au fur et à mesure qu’ils dégèlent et se recongèlent avec les saisons.

    Maintenant vous le voyez, maintenant vous ne le voyez pas

    Profitant de ces saisons, l’équipe a examiné les données moléculaires sur des périodes courtes et longues juste avant que l’hémisphère sud de la comète n’entre en été, puis à nouveau juste à la fin de son été. Comme indiqué dans leur étude, publiée le 10 mars dans Astronomie naturelle, l’équipe a découvert que lorsque l’hémisphère sud se détournait et était suffisamment éloigné du Soleil, le lien entre l’oxygène et l’eau disparaissait. La quantité d’eau provenant de la comète a chuté précipitamment, de sorte que l’oxygène semblait fortement lié au dioxyde de carbone et au monoxyde de carbone, que la comète émettait toujours.

    « Il n’y a aucun moyen que cela soit possible avec les explications précédentes suggérées », a déclaré Luspay-Kuti. « Si l’oxygène était primordial et lié à l’eau dans sa formation, il ne devrait pas y avoir de moment où l’oxygène est fortement corrélé au monoxyde de carbone et au dioxyde de carbone mais pas à l’eau. »

    L’équipe a plutôt proposé que l’oxygène de la comète ne provienne pas de l’eau mais de deux réservoirs : un composé d’oxygène, de monoxyde de carbone et de dioxyde de carbone au plus profond du noyau rocheux de la comète, et une poche moins profonde plus près de la surface où l’oxygène se combine chimiquement avec de la glace d’eau. molécules.

    L’idée est la suivante : un réservoir profond d’oxygène, de monoxyde de carbone et de glace de dioxyde de carbone émet constamment des gaz car l’oxygène, le dioxyde de carbone et le monoxyde de carbone se vaporisent tous à très basse température. Au fur et à mesure que l’oxygène traverse l’intérieur de la comète vers la surface, certains s’insèrent chimiquement dans la glace d’eau (un constituant majeur du noyau de la comète) pour former un deuxième réservoir d’oxygène moins profond. Mais la glace d’eau se vaporise à une température beaucoup plus élevée que l’oxygène, donc jusqu’à ce que le Soleil chauffe suffisamment la surface et vaporise la glace d’eau, l’oxygène est bloqué.

    La conséquence est que l’oxygène peut s’accumuler dans ce réservoir peu profond pendant de longues périodes jusqu’à ce que la surface de la comète soit finalement suffisamment réchauffée pour que la glace d’eau se vaporise, libérant un panache beaucoup plus riche en oxygène que celui qui était réellement présent dans la comète.

    « En d’autres termes, les abondances d’oxygène mesurées dans le coma de la comète ne reflètent pas nécessairement ses abondances dans le noyau de la comète », a expliqué Luspay-Kuti.

    La comète oscillerait par conséquent également avec les saisons entre une forte association avec l’eau (lorsque le Soleil chauffe la surface) et une forte association avec le dioxyde de carbone et le monoxyde de carbone (lorsque cette surface est opposée au Soleil et que la comète est suffisamment éloignée) — exactement ce que Rosetta a observé.

    « Ce n’est pas qu’une explication : c’est la explication parce qu’il n’y a pas d’autre possibilité », a déclaré Olivier Mousis, scientifique planétaire de l’Université d’Aix-Marseille en France et co-auteur de l’étude. « Si l’oxygène provenait simplement de la surface, vous ne verriez pas ces tendances observées par Rosetta. « 

    L’implication majeure, a-t-il dit, est que cela signifie que l’oxygène de la comète 67P est, en fait, l’oxygène qui s’est accumulé au début du système solaire. C’est juste que ce n’est qu’une fraction de ce que les gens avaient pensé.

    Luspay-Kuti a déclaré qu’elle souhaitait approfondir le sujet en examinant les espèces moléculaires mineures de la comète, telles que le méthane et l’éthane, et leur corrélation avec l’oxygène moléculaire et d’autres espèces majeures. Elle soupçonne que cela aidera les chercheurs à avoir une meilleure idée du type de glace dans lequel l’oxygène a été incorporé.

    « Vous devez encore trouver un moyen d’incorporer l’oxygène dans la comète », a déclaré Luspay-Kuti, considérant que la quantité d’oxygène est encore plus élevée que celle observée dans la plupart des nuages ​​moléculaires. Mais elle a dit qu’elle s’attendait à ce qu’une majorité de chercheurs accueillent l’étude et ses conclusions avec un soupir de soulagement.

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