Une équipe d’astronomes de l’IAP (CNRS/UPMC), de l’IRAM (CNRS) et de l’IPAG (CNRS/Université Joseph Fourier) viennent de mettre en évidence, pour la première fois, deux familles de comètes extrasolaires, ou « exocomètes ». Cette découverte a été faite autour de l’étoile ? Pictoris. Une première famille est constituée d’exocomètes anciennes situées à proximité de l’étoile. La seconde famille contient des exocomètes probablement issues de la fragmentation récente d’un ou de quelques objets plus gros. Pour la première fois, une étude statistique globale permet de déterminer les propriétés physiques et orbitales d’un grand nombre de ces exocomètes. Cette étude, publiée dans la revue Nature le 22 octobre, donne une vision originale et sans précédent des mécanismes à l’œuvre dans un système planétaire jeune qui ressemble à ce que devait être notre propre Système solaire juste après sa formation il y a 4,5 milliard d’années.

Beta Pictoris est une étoile jeune située à environ 63 années-lumière du Soleil. Elle est âgée d’une vingtaine de millions d’années seulement et entourée d’un vaste disque de matière – il s’agit là d’un jeune système planétaire très actif, dont le gaz et la poussière proviennent de l’évaporation de comètes et de collisions entre astéroïdes. Beta Pictoris constitue une cible de choix ! Les observations détaillées de ses exocomètes apportent des clés de compréhension des processus à l’œuvre dans ce type de jeune système planétaire.

Durant près de 30 ans, les astronomes ont observé de subtiles variations d’intensité dans l’éclat de Beta Pictoris, qu’ils ont attribuées au passage de comètes devant l’étoile. Les comètes sont de petits corps de quelques kilomètres de diamètre, riches en glaces, qui s’évaporent à proximité de leur étoile, créant ainsi de gigantesques queues de gaz et de poussière susceptibles d’absorber en partie la lumière qui les traverse. La faible lueur émise par les exocomètes se trouve masquée par l’extrême brillance de leur étoile. Elles ne peuvent donc faire l’objet d’observations directes depuis la Terre.

Pour mener à bien l’étude des exocomètes de Beta Pictoris, l’équipe a analysé plus de 1000 observations effectuées entre 2003 et 2011 au moyen de l’instrument HARPS¹ qui équipe le télescope de 3,6 mètres de l’ESO installé à l’Observatoire de La Silla² au Chili.

Vue d’artiste du disque de ? Pictoris. © NASA/FUSE/Lynette Cook

Les chercheurs ont sélectionné un échantillon de 493 exocomètes distinctes. Certaines d’entre elles ont été observées à plusieurs reprises et durant quelques heures. Une analyse minutieuse a permis de déterminer la vitesse ainsi que la taille des nuages de gaz. Certaines des propriétés orbitales de chacune des exocomètes, telles la forme et l’orientation de l’orbite ainsi que la distance à l’étoile, ont également pu être déduites.

Une telle analyse portant sur plusieurs centaines d’excomètes appartenant à un même système exo-planétaire est unique. Elle a révélé l’existence de deux familles distinctes d’exocomètes : d’une part, les exocomètes âgées dont les orbites sont contrôlées par l’attraction gravitationnelle d’une planète massive³ ; d’autre part, des exocomètes probablement issues du récent fractionnement d’un ou plusieurs objets de taille supérieure. Différentes familles de comètes peuplent également le Système Solaire.

Les exocomètes de la première famille sont caractérisées par une grande diversité d’orbites ainsi que de faibles émissions de gaz et de poussière. Ce qui suggère que ces comètes ont épuisé leurs réserves de glaces au fil de leurs multiples passages à proximité de Beta Pictoris⁴.

Les exocomètes classées au sein de la seconde famille sont bien plus actives et décrivent des orbites similaires⁵.Ce qui suggère leur origine commune : probablement le fractionnement d’un objet de dimensions plus vastes dont les fragments orbitent à présent à proximité de l’étoile Beta Pictoris.

Ainsi, et pour la toute première fois, une étude statistique a permis de déterminer la forme et l’orbite d’un grand nombre d’exocomètes. Ce travail offre un formidable aperçu des mécanismes à l’œuvre dans le Système Solaire, peu après sa formation il y a 4,6 milliards d’années.