Nuage d'Oort -Oort cloud
Le nuage d'Oort ( / ɔːr t , ʊər t / ), parfois appelé le nuage Öpik–Oort , décrit pour la première fois en 1950 par l' astronome néerlandais Jan Oort , est un concept théorique d'un nuage de planétésimaux à prédominance glacée proposé pour entourer le Soleil à des distances allant de 2 000 à 200 000 UA (0,03 à 3,2 années-lumière ). Il est divisé en deux régions : un nuage d'Oort interne en forme de disque (ou nuage de Hills ) et un nuage d'Oort externe sphérique . Les deux régions se trouvent au-delà de l' héliosphère et se trouvent dans l'espace interstellaire . La ceinture de Kuiper , le disque épars et les objets détachés , les trois autres réservoirs d' objets transneptuniens , sont à moins d'un millième aussi loin du Soleil que le nuage d'Oort.
La limite extérieure du nuage d'Oort définit la frontière cosmographique du système solaire et l'étendue de la sphère de la Colline du Soleil . Le nuage d'Oort externe n'est que faiblement lié au système solaire et est donc facilement affecté par l'attraction gravitationnelle des étoiles qui passent et de la Voie lactée elle-même. Ces forces délogent occasionnellement les comètes de leurs orbites à l'intérieur du nuage et les envoient vers le système solaire interne . Sur la base de leurs orbites, la plupart des comètes à courte période peuvent provenir du disque diffusé, mais certaines comètes à courte période peuvent provenir du nuage d'Oort.
Les astronomes conjecturent que la matière composant le nuage d'Oort s'est formée plus près du Soleil et a été dispersée loin dans l'espace par les effets gravitationnels des planètes géantes au début de l' évolution du système solaire . Bien qu'aucune observation directe confirmée du nuage d'Oort n'ait été faite, il peut être la source qui reconstitue la plupart des comètes à longue période et de type Halley entrant dans le système solaire interne, ainsi que de nombreux centaures et comètes de la famille Jupiter .
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Hypothèse
Il existe deux grandes classes de comètes : les comètes à courte période (également appelées comètes écliptiques ) et les comètes à longue période (également appelées comètes presque isotropes ). Les comètes écliptiques ont des orbites relativement petites, inférieures à 10 ua, et suivent le plan écliptique , le même plan dans lequel se trouvent les planètes. Toutes les comètes à longue période ont de très grandes orbites, de l'ordre de milliers d'ua, et apparaissent de toutes les directions du ciel.
AO Leuschner en 1907 a suggéré que de nombreuses comètes supposées avoir des orbites paraboliques, et faisant ainsi des visites uniques dans le système solaire, avaient en fait des orbites elliptiques et reviendraient après de très longues périodes. En 1932, l'astronome estonien Ernst Öpik a postulé que les comètes à longue période provenaient d'un nuage en orbite à la périphérie du système solaire . L'astronome néerlandais Jan Oort a indépendamment relancé l'idée en 1950 comme moyen de résoudre un paradoxe :
- Au cours de l'existence du système solaire, les orbites des comètes sont instables et, finalement, la dynamique dicte qu'une comète doit soit entrer en collision avec le Soleil ou une planète, soit être éjectée du système solaire par des perturbations planétaires .
- De plus, leur composition volatile signifie qu'à mesure qu'ils s'approchent à plusieurs reprises du Soleil, le rayonnement fait progressivement bouillir les volatils jusqu'à ce que la comète se divise ou développe une croûte isolante qui empêche un dégazage supplémentaire .
Ainsi, a raisonné Oort, une comète n'aurait pas pu se former sur son orbite actuelle et aurait dû être maintenue dans un réservoir extérieur pendant presque toute son existence. Il a noté qu'il y avait un pic du nombre de comètes à longue période avec des aphélies (leur distance la plus éloignée du Soleil) d'environ 20 000 ua, ce qui suggérait un réservoir à cette distance avec une distribution sphérique et isotrope. Ces comètes relativement rares avec des orbites d'environ 10 000 ua ont probablement traversé une ou plusieurs orbites à travers le système solaire et ont vu leurs orbites attirées vers l'intérieur par la gravité des planètes.
Structure et composition
On pense que le nuage d'Oort occupe un vaste espace entre 2 000 et 5 000 au (0,03 et 0,08 al) jusqu'à 50 000 au (0,79 al) du Soleil. Certaines estimations placent la limite extérieure entre 100 000 et 200 000 au (1,58 et 3,16 al). La région peut être subdivisée en un nuage d'Oort externe sphérique de 20 000 à 50 000 au (0,32 à 0,79 al) et un nuage d'Oort interne en forme de tore de 2 000 à 20 000 au (0,03 à 0,32 al). Le nuage extérieur n'est que faiblement lié au Soleil et alimente les comètes à longue période (et peut-être de type Halley) à l'intérieur de l'orbite de Neptune . Le nuage d'Oort intérieur est également connu sous le nom de nuage de Hills, du nom de Jack G. Hills , qui a proposé son existence en 1981. Les modèles prédisent que le nuage intérieur devrait avoir des dizaines ou des centaines de fois plus de noyaux cométaires que le halo extérieur ; il est considéré comme une source possible de nouvelles comètes pour réapprovisionner le nuage extérieur ténu à mesure que le nombre de ces derniers s'épuise progressivement. Le nuage Hills explique l'existence continue du nuage d'Oort après des milliards d'années.
Le nuage d'Oort externe peut avoir des billions d'objets de plus de 1 km (0,62 mi) et des milliards avec des magnitudes absolues plus brillantes que 11 (correspondant à environ 20 kilomètres (12 mi) de diamètre), avec des objets voisins à des dizaines de millions de kilomètres. Sa masse totale n'est pas connue, mais, en supposant que la comète de Halley est un prototype approprié pour les comètes dans le nuage d'Oort extérieur, sa masse combinée est approximativement de 3 × 10 25 kilogrammes (6,6 × 10 25 lb), soit cinq fois celle de la Terre. Auparavant, on pensait qu'elle était plus massive (jusqu'à 380 masses terrestres), mais une meilleure connaissance de la distribution en taille des comètes à longue période a conduit à des estimations plus basses. Aucune estimation connue de la masse du nuage d'Oort intérieur n'a été publiée.
Si les analyses des comètes sont représentatives de l'ensemble, la grande majorité des objets du nuage de Oort sont constitués de glaces telles que l'eau , le méthane , l'éthane , le monoxyde de carbone et le cyanure d'hydrogène . Cependant, la découverte de l'objet 1996 PW , un objet dont l'apparence correspondait à un astéroïde de type D sur une orbite typique d'une comète à longue période, a suscité des recherches théoriques suggérant que la population du nuage d'Oort se compose d'environ un à deux pour cent. astéroïdes. L'analyse des rapports isotopiques du carbone et de l'azote dans les comètes à longue période et dans la famille de Jupiter montre peu de différence entre les deux, malgré leurs régions d'origine vraisemblablement très séparées. Cela suggère que les deux proviennent du nuage protosolaire d'origine, une conclusion également étayée par des études de taille granulaire chez les comètes du nuage d'Oort et par la récente étude d'impact de la comète de la famille Jupiter Tempel 1 .
Origine
On pense que le nuage d'Oort s'est développé après la formation de planètes à partir du disque protoplanétaire primordial il y a environ 4,6 milliards d'années. L'hypothèse la plus largement acceptée est que les objets du nuage d'Oort se sont initialement fusionnés beaucoup plus près du Soleil dans le cadre du même processus qui a formé les planètes et les planètes mineures . Après la formation, de fortes interactions gravitationnelles avec de jeunes géantes gazeuses, telles que Jupiter, ont dispersé les objets sur des orbites elliptiques ou paraboliques extrêmement larges qui ont ensuite été modifiées par des perturbations du passage d'étoiles et de nuages moléculaires géants sur des orbites de longue durée détachées de la région des géantes gazeuses.
Des recherches récentes ont été citées par la NASA émettant l'hypothèse qu'un grand nombre d'objets du nuage d'Oort sont le produit d'un échange de matériaux entre le Soleil et ses étoiles sœurs au fur et à mesure qu'ils se formaient et s'éloignaient et il est suggéré que beaucoup - peut-être la majorité - d'Oort les objets nuageux ne se sont pas formés à proximité du Soleil. Les simulations de l'évolution du nuage d'Oort depuis les débuts du système solaire jusqu'à nos jours suggèrent que la masse du nuage a culminé environ 800 millions d'années après sa formation, alors que le rythme d'accrétion et de collision ralentissait et que l'épuisement commençait à dépasser l'offre.
Les modèles de Julio Ángel Fernández suggèrent que le disque diffusé , qui est la principale source de comètes périodiques dans le système solaire, pourrait également être la principale source d'objets du nuage d'Oort. Selon les modèles, environ la moitié des objets dispersés voyagent vers l'extérieur vers le nuage d'Oort, tandis qu'un quart sont déplacés vers l'intérieur de l'orbite de Jupiter, et un quart sont éjectés sur des orbites hyperboliques . Le disque dispersé pourrait encore alimenter le nuage d'Oort en matière. Un tiers de la population du disque dispersé se retrouvera probablement dans le nuage d'Oort après 2,5 milliards d'années.
Les modèles informatiques suggèrent que les collisions de débris cométaires pendant la période de formation jouent un rôle beaucoup plus important qu'on ne le pensait auparavant. Selon ces modèles, le nombre de collisions au début de l'histoire du système solaire était si important que la plupart des comètes ont été détruites avant d'atteindre le nuage d'Oort. Par conséquent, la masse cumulée actuelle du nuage d'Oort est bien inférieure à ce que l'on soupçonnait autrefois. La masse estimée du nuage ne représente qu'une petite partie des 50 à 100 masses terrestres de matière éjectée.
L'interaction gravitationnelle avec les étoiles proches et les marées galactiques ont modifié les orbites cométaires pour les rendre plus circulaires. Ceci explique la forme presque sphérique du nuage d'Oort externe. Par contre, le nuage Hills, plus fortement lié au Soleil, n'a pas acquis une forme sphérique. Des études récentes ont montré que la formation du nuage d'Oort est largement compatible avec l'hypothèse selon laquelle le système solaire s'est formé dans le cadre d'un amas intégré de 200 à 400 étoiles. Ces premières étoiles ont probablement joué un rôle dans la formation du nuage, puisque le nombre de passages stellaires rapprochés au sein de l'amas était beaucoup plus élevé qu'aujourd'hui, entraînant des perturbations beaucoup plus fréquentes.
En juin 2010, Harold F. Levison et d'autres ont suggéré, sur la base de simulations informatiques améliorées, que le Soleil "a capturé des comètes d'autres étoiles alors qu'il se trouvait dans son amas de naissance ". Leurs résultats impliquent qu '"une fraction substantielle des comètes du nuage d'Oort, dépassant peut-être 90%, proviennent des disques protoplanétaires d'autres étoiles". En juillet 2020, Amir Siraj et Avi Loeb ont découvert qu'une origine capturée pour le nuage d'Oort dans l' amas de naissance du Soleil pourrait résoudre la tension théorique en expliquant le rapport observé entre le nuage d'Oort extérieur et les objets de disque dispersés , et en outre pourrait augmenter les chances d'un capturé Planet Nine .
Comètes
On pense que les comètes ont deux points d'origine distincts dans le système solaire. Il est généralement admis que les comètes à courte période (celles avec des orbites allant jusqu'à 200 ans) ont émergé de la ceinture de Kuiper ou du disque dispersé, qui sont deux disques plats liés de débris glacés au-delà de l'orbite de Neptune à 30 ua et s'étendant conjointement au-delà. 100 au du Soleil. On pense que les comètes à très longue période, telles que C/1999 F1 (Catalina) , dont les orbites durent des millions d'années, proviennent directement du nuage d'Oort extérieur. D'autres comètes modélisées comme étant venues directement du nuage d'Oort externe incluent C/2006 P1 (McNaught) , C/2010 X1 (Elenin) , Comet ISON , C/2013 A1 (Siding Spring) , C/2017 K2 et C/2017 T2 (PANSTARRS) . Les orbites au sein de la ceinture de Kuiper sont relativement stables, et on pense donc que très peu de comètes en sont originaires. Le disque diffusé, cependant, est dynamiquement actif et est beaucoup plus susceptible d'être le lieu d'origine des comètes. Les comètes passent du disque dispersé dans le royaume des planètes extérieures, devenant ce qu'on appelle les centaures . Ces centaures sont ensuite envoyés plus loin vers l'intérieur pour devenir les comètes à courte période.
Il existe deux principales variétés de comètes à courte période : les comètes de la famille Jupiter (celles dont les demi-grands axes sont inférieurs à 5 UA) et les comètes de la famille Halley. Les comètes de la famille Halley, du nom de leur prototype, la comète de Halley , sont inhabituelles en ce sens que bien qu'il s'agisse de comètes à courte période, on suppose que leur origine ultime se situe dans le nuage d'Oort, et non dans le disque dispersé. Sur la base de leurs orbites, il est suggéré qu'il s'agissait de comètes à longue période qui ont été capturées par la gravité des planètes géantes et envoyées dans le système solaire interne. Ce processus peut également avoir créé les orbites actuelles d'une fraction importante des comètes de la famille de Jupiter, bien que l'on pense que la majorité de ces comètes sont originaires du disque dispersé.
Oort a noté que le nombre de comètes de retour était bien inférieur à ce que son modèle avait prédit, et ce problème, connu sous le nom de "fading cométaire", n'a pas encore été résolu. Aucun processus dynamique n'est connu pour expliquer le plus petit nombre de comètes observées qu'estimé par Oort. Les hypothèses de cet écart incluent la destruction de comètes due aux contraintes de marée, à l'impact ou au réchauffement ; la perte de tous les volatils , rendant certaines comètes invisibles, ou la formation d'une croûte non volatile à la surface. Des études dynamiques d'hypothétiques comètes du nuage d'Oort ont estimé que leur occurrence dans la région de la planète extérieure serait plusieurs fois plus élevée que dans la région de la planète intérieure. Cet écart peut être dû à l'attraction gravitationnelle de Jupiter , qui agit comme une sorte de barrière, piégeant les comètes entrantes et les faisant entrer en collision avec elle, tout comme ce fut le cas avec la comète Shoemaker-Levy 9 en 1994. ancienne comète avec une origine dans le nuage d'Oort pourrait être C/2018 F4.
Effets de marée
La plupart des comètes vues près du Soleil semblent avoir atteint leurs positions actuelles par perturbation gravitationnelle du nuage d'Oort par la force de marée exercée par la Voie Lactée . Tout comme la force de marée de la Lune déforme les océans de la Terre, provoquant la montée et la descente des marées, la marée galactique déforme également les orbites des corps du système solaire externe . Dans les régions cartographiées du système solaire, ces effets sont négligeables par rapport à la gravité du Soleil, mais dans les confins du système, la gravité du Soleil est plus faible et le gradient du champ gravitationnel de la Voie lactée a des effets substantiels. Les forces de marée galactiques étirent le nuage le long d'un axe dirigé vers le centre galactique et le compriment le long des deux autres axes ; ces petites perturbations peuvent déplacer les orbites dans le nuage d'Oort pour rapprocher les objets du Soleil. Le point auquel la gravité du Soleil concède son influence à la marée galactique s'appelle le rayon de troncature de la marée. Il se situe dans un rayon de 100 000 à 200 000 ua et marque la limite extérieure du nuage d'Oort.
Certains chercheurs émettent l'hypothèse que la marée galactique peut avoir contribué à la formation du nuage d'Oort en augmentant les périhélies (plus petites distances au Soleil) des planétésimaux avec de grandes aphélies (plus grandes distances au Soleil). Les effets de la marée galactique sont assez complexes et dépendent fortement du comportement des objets individuels au sein d'un système planétaire. Cumulativement, cependant, l'effet peut être assez important : jusqu'à 90 % de toutes les comètes provenant du nuage d'Oort peuvent être le résultat de la marée galactique. Les modèles statistiques des orbites observées des comètes à longue période soutiennent que la marée galactique est le principal moyen par lequel leurs orbites sont perturbées vers le système solaire interne.
Perturbations stellaires et hypothèses de compagnonnage stellaire
Outre la marée galactique , on pense que le principal déclencheur de l'envoi de comètes dans le système solaire interne est l'interaction entre le nuage d'Oort du Soleil et les champs gravitationnels d'étoiles proches ou de nuages moléculaires géants . L'orbite du Soleil dans le plan de la Voie lactée le rapproche parfois relativement d'autres systèmes stellaires . Par exemple, on suppose qu'il y a 70 000 ans, peut-être que l'étoile de Scholz a traversé le nuage d'Oort extérieur (bien que sa faible masse et sa vitesse relative élevée aient limité son effet). Au cours des 10 millions d'années à venir, l'étoile connue ayant la plus grande possibilité de perturber le nuage d'Oort est Gliese 710 . Ce processus pourrait également disperser les objets du nuage d'Oort hors du plan écliptique, expliquant potentiellement aussi sa distribution sphérique.
En 1984, le physicien Richard A. Muller a postulé que le Soleil avait un compagnon encore non détecté, soit une naine brune , soit une naine rouge , sur une orbite elliptique dans le nuage d'Oort. Cet objet, connu sous le nom de Nemesis , a été supposé traverser une partie du nuage d'Oort environ tous les 26 millions d'années, bombardant l'intérieur du système solaire avec des comètes. Cependant, à ce jour, aucune preuve de Nemesis n'a été trouvée, et de nombreuses sources de preuves (telles que les comptages de cratères ) ont jeté le doute sur son existence. Des analyses scientifiques récentes ne soutiennent plus l'idée que les extinctions sur Terre se produisent à intervalles réguliers et répétés. Ainsi, l'hypothèse Nemesis n'est plus nécessaire pour expliquer les hypothèses actuelles.
Une hypothèse quelque peu similaire a été avancée par l'astronome John J. Matese de l' Université de Louisiane à Lafayette en 2002. Il soutient que plus de comètes arrivent dans le système solaire interne à partir d'une région particulière du nuage d'Oort postulé que ce qui peut être expliqué par le galactique marée ou perturbations stellaires seules, et que la cause la plus probable serait un objet de la masse de Jupiter sur une orbite lointaine. Cette hypothétique géante gazeuse était surnommée Tyché . La mission WISE , une étude de tout le ciel utilisant des mesures de parallaxe afin de clarifier les distances locales des étoiles, a été capable de prouver ou de réfuter l'hypothèse de Tyche. En 2014, la NASA a annoncé que l'enquête WISE avait exclu tout objet tel qu'ils l'avaient défini.
Exploration future
Les sondes spatiales n'ont pas encore atteint la zone du nuage d'Oort. Voyager 1 , la plus rapide et la plus éloignée des sondes spatiales interplanétaires quittant actuellement le système solaire, atteindra le nuage d'Oort dans environ 300 ans et mettrait environ 30 000 ans à le traverser. Cependant, vers 2025, les générateurs thermoélectriques à radio-isotopes de Voyager 1 ne fourniront plus suffisamment d'énergie pour faire fonctionner l'un de ses instruments scientifiques, empêchant toute nouvelle exploration par Voyager 1. Les quatre autres sondes qui s'échappent actuellement du système solaire sont déjà ou devraient le faire. être non fonctionnels lorsqu'ils atteignent le nuage d'Oort.
Dans les années 1980, il existait un concept de sonde pouvant atteindre 1 000 UA en 50 ans, appelée TAU ; parmi ses missions serait de rechercher le nuage d'Oort.
Dans l'annonce d'opportunité pour le programme Discovery de 2014 , un observatoire pour détecter les objets dans le nuage d'Oort (et la ceinture de Kuiper) appelé la "Mission Whipple" a été proposé. Il surveillerait les étoiles lointaines avec un photomètre, recherchant des transits jusqu'à 10 000 UA. L'observatoire a été proposé pour un halo en orbite autour de L2 avec une mission suggérée de 5 ans. Il a également été suggéré que l' observatoire Kepler aurait pu être capable de détecter des objets dans le nuage d'Oort.
Voir également
Les références
Notes d'explication
Liens externes
- Profil du nuage d'Oort archivé le 10/11/2015 à la Wayback Machine par l'exploration du système solaire de la NASA
- Arnett, Bill (mars 2007). "La ceinture de Kuiper et le nuage d'Oort" . Neuf Planètes .
- Matthews, RAJ (1994). "L'approche rapprochée des étoiles dans le voisinage solaire". Journal trimestriel de la Royal Astronomical Society . 35 : 1. Bibcode : 1994QJRAS..35....1M .
- Brasser, R.; Schwamb, ME (2015). "Réévaluer la formation du nuage d'Oort intérieur dans un amas d'étoiles intégré - II. Sonder le bord intérieur". Avis mensuels de la Royal Astronomical Society . 446 (4) : 3788. arXiv : 1411,1844 . Bibcode : 2015MNRAS.446.3788B . doi : 10.1093/mnras/stu2374 . S2CID 17001564 .