Le JWST révèle l'étendue des glaces de CO2 et de CO dans la région trans-neptunienne

Les objets trans-neptuniens (OTN) désignent les petits corps primitifs de notre système solaire externe, orbitant au-delà de Neptune. Formés assez loin du Soleil, ces objets regorgent encore d’informations concernant leur formation il y a plus de 4 milliards d’années, à l’inverse des planètes naines comme Pluton qui pourraient avoir subi une évolution interne majeure. Les OTN ont également été témoins de processus de migration planétaire qui les ont, pour la majorité, redistribués loin de leur région de formation. Jusqu’à présent, les observations de ces objets étaient limitées, livrant une caractérisation très partielle de leur composition chimique : seules les glaces d’eau et de méthanol étaient détectées sur une poignée d’objets.

Un grand programme d’observation du télescope spatial James-Webb a récemment fourni la première vue d’ensemble de OTN. Les observations de 59 objets obtenues avec l’instrument NIRSpec ont été analysées par une équipe de recherche internationale impliquant des scientifiques du CNRS. Les spectres infrarouges révèlent les toutes premières détections de glaces de CO2 et de CO sur des petits corps du système solaire externe.

Contre toute attente, le CO2 est très répandu, présent sur 95 % des objets dans des proportions pourtant variables. Alors que CO n'est pas stable dans la région transneptunienne, il est pourtant détecté conjointement au CO2 sur 47 % des objets. Cette diversité de composition, traduite par les variations d’abondance mais également d’état physico-chimique de la glace, va permettre de retracer l’histoire des OTNs pour retrouver leur lieu de formation dans le disque protoplanétaire. Si le CO2 a pu être hérité du disque protoplanétaire, le CO serait plus probablement formé par interaction de la surface avec le vent solaire et les rayons cosmiques. Remarquablement, 13CO2 est également détecté ce qui ouvre la possibilité d’étudier le rapport isotopique du carbone à travers le système solaire externe.

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Référence de l'article

DE PRA, Mario N. ; HÉNAULT, Elsa ; PINILLA-ALONSO, Noemi ; HOLLER, Bryan J. ; BRUNETTO, Rosario ; STANSBERRY, John A. ; DE SOUZA FELICIANO, Ana Carolina ; CARVANO, Jorge M. ; HARVISON, Brittany ; LICANDRO, Javier ; MÜLLER, thomas G. ; PEIXINHO, Nuno ; LORENZI, Vania ; GUILBERT-LEPOUTRE, Aurélie ; BANNISTER, Michele T. ; PENDLETON, Yvonne J. ; CRUIKSHANK, Dale P. ; SCHAMBEAU, Charles A. ; MC CLURE, Lucas ; EMERY, Joshua P.  Widespread CO2 and CO ices in the trans-Neptunian population revealed by JWST/DiSCo-TNOs, 2024, Nature Astronomy, 22 mai 2024.