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    Oort, nuage de comètes  
    Emilie Martin - Ciel & Espace, no. 523 - 2013-12-01      
    C'est de ce réservoir de comètes immaculées que provient Ison. S'il n'a jamais été observe directement, les astronomes commencent à en cerner les contours, à en décrypter la dynamique, et à en comprendre l'origine.
Visite du Nuage d'Oort en cinq questions.
 
1.  

Où se trouve le Nuage d'Oort ?

 
    Les comètes à longue période proviennent d'une région du Système solaire située à quelque 1'000 UA. Pourtant, on dit qu'elles sont issues du Nuage d'Oort, qui serait 30 fois plus lointain. Cet apparent paradoxe, les astronomes le résolvent en tenant compte du fait qu'une fois dans le giron des planètes, les comètes sont le jeu de Jupiter et de Saturne. Avec leur forte attraction gravitationnelle, les deux souveraines chahutent ces visiteuses et raccourcissent drastiquement l'orbite de ces comètes lointaines, quand elles ne les envoient pas directement en dehors du Système solaire. «En tenant compte de ces effets puissants bien connus, on a d'abord déduit une distance de 30'000 UA pour le Nuage d'Oort; explique Marc Fouchard (université Lille 1). Mais en 2011, une équipe d'astronomes polonais a montré que ces effets n'étaient pas seuls en jeu : le dégazage de la comète, à l'approche du Soleil, modifie également son orbite. Si l'on tient compte de ces effets, dits non gravitationnels, on se retrouve avec un Nuage d'Oort beaucoup plus proche que prévu, entre 20'000 et 25'000 UA.  
   

Le Nuage d'Oort ressemble sans aoute à ceci : une enveloppe sphérique de milliards de petits corps glacés qui englobe le Système solaire. Sur cette illustration, les cercles au centre symbolisent les orbites des planètes autour du Soleil.

 
2.  

Comment s'est-il formé ?

 
    Le Nuage d'Oort cumulerait en petits corps l'équivalent de quatre fois la masse de la Terre. Comment expliquer qu'une telle masse se soit constituée si loin du Soleil ? Au tout début du Système solaire, le disque de gaz et de poussière qui entourait le Soleil avant la formation des planètes était bien trop ténu pour qu'autant de planétoïdes glacés aient pu s'y agréger. Ce paradoxe n'a trouvé de solution qu'à partir de 2005, quand Alessandro Morbidelli et son équipe de l'observatoire de la Côte d'Azur ont proposé leur fameux «modèle de Nice». Cette théorie explique comment toutes les planètes du Système solaire se sont mises en place, par un gigantesque jeu de flipper planétaire D'après ce travail, fondé sur des simulations numériques, il n'existait initialement qu'un seul réservoir de comètes : le disque primordial transneptunien. Il comptait 1'000 fois plus de comètes qu'il n'en reste aujourd'hui dans tout le Système solaire. Le scénario des astronomes de la Côte d'Azur indique que, sitôt formées, les planètes géantes sont devenues instables, ce qui a notamment eu pour effet de propulser Neptune dans le disque de comètes. Par cette irruption, la grande majorité d'entre elles ont été propulsées vers le Soleil et ont bombardé les planètes intérieures, dont la Terre. Quant aux autres, soit elles sont demeurées en place et forment aujourd'hui ce que l'on appelle la Ceinture de Kuiper, soit elles ont été catapultées à des dizaines de milliers d'unités astronomiques, et forment l'actuel Nuage d'Oort.  
   

Selon la théorie la mieux admise, les comètes du Nuage d'Oort se formées au niveau de l'orbite de Neptune voici 4,5 milliards d'années. Elles ont ensuite été repoussées bien plus loin par les perturbations gravitationnelles des planètes géantes.

 
    «Récemment, nous avons affiné nos calculs concernant cet épisode du modèle de Nice, révèle Alessandro Morbidelli. Et nous sommes parvenus à prédire un Nuage d'Oort de l'ordre de 1,5 à 2 masses terrestres. Certes, c'est deux à trois fois moins que ce que nous indique le nombre de comètes observées, mais, compte tenu des nombreuses incertitudes que nous avons encore sur la taille ou l'éclat de ces corps, ce décalage n'est pas trop préoccupant. Et nous faisons beaucoup mieux que les théories précédemment élaborées qui parvenaient, au mieux, à un décalage d'un facteur 30 !»  
3.  

Comment des comètes s'en échappent-elles ?

 
    Depuis que le Nuage d'Oort s'est formé, il y a plus de 4 milliards d'années, environ 10% des comètes qu'il contient ont été catapultées vers le Soleil. Comment ? Par un subtil jeu de billard qui se joue à de multiples bandes. En 2009, des simulations numériques réalisées par Nathan Kaïb et Thomas Quinn, de l'université de Washington, ont montré que le Nuage d'Oort, situé entre 20'000 et 25'000 UA du Soleil, pourrait en réalité n'être qu'une zone de transit. À l'origine, les comètes proviendraient d'un nuage interne, situé à 10'000 UA de notre étoile et beaucoup plus dense, Une région soumise à de puissantes forces. Sur ces petits corps en effet, l'attraction gravitationnelle de notre galaxie, la Voie lactée, a une influence majeure : ces «marées galactiques» bouleversent régulièrement des myriades de comètes. Elles allongent considérablement leur orbite, ce qui les amène à 20, 10, voire 5 UA du Soleil. À cette distance, elles sont encore inobservables depuis la Terre.  
   

Proxima du Centaure, à 4,2 années-lumière, est actuellement l'étoile la plus proche du Soleil. D'autres astres s'approchant davantage peuvent une fois tous les 100'000 ans, précipiter les comètes d'Oort vers le Système solaire interne.

 
    «Au fil de leurs passages dans le royaume des planètes géantes - Neptune, Uranus, Saturne, Jupiter -, ces dernières vont se charger, via leur gravité, de les éjecter vers le Nuage d'Oort externe», révèle Marc Fouchard, qui vient avec son équipe d'affiner ces prédictions. C'est de là-bas, à l'ultime frontière du Système solaire, qu'elles vont recevoir l'impulsion «finale». Les marées galactiques, plus puissantes encore sur le réservoir externe que sur le nuage interne, vont augmenter considérablement leur excentricité. Certaines de ces comètes bouleversées seront propulsées tout près du Soleil et deviendront enfin observables. D'autres, la plupart, seront carrément éjectées du Système solaire.  
    D'autres actrices participent également à la danse. Une fois tous les 100'000 ans en moyenne, une étoile du voisinage solaire passe à proximité de la zone de transit. Chacune de ces étoiles perturbe également des milliers de comètes.  
   

Expulsées du Nuage d'Oort pour plonger vers le soleil

 
4.  

Combien de comètes contient-il ?

 
    Jamais encore le Nuage d'Oort n'a été observé. Jamais encore les scientifiques n'ont pu le toiser directement pour connaître le nombre de comètes qui le composent. Ce qui ne les empêche pas de faire des estimations fondées sur les éléments dont ils disposent. «Les mécanismes d'éjection des comètes vers l'intérieur du Système solaire (marées galactiques, passages d'étoiles) ne sont pas d'une efficacité redoutable : ils n'éjectent qu'un faible pourcentage des corps présents dans le nuage, indique Marc Fouchard. Par ailleurs, la probabilité pour que l'humanité ait la chance de les observer, elles qui voyagent pendant des millions d'années, est faible». Pourtant, nous en observons une bonne quantité : une centaine sur les deux derniers siècles. Pour expliquer ce taux important malgré la faible probabilité, il faut invoquer un réservoir gigantesque composé de 75 milliards de comètes de 2 à 3 km de diamètre ou de 400 milliards de comètes de 1 km de diamètre. Une foule qui, rassemblée, équivaudrait à quatre fois la masse de la Terre.  
   

Des centaines de milliards de corps glacés constituent le contingent des comètes appartenant au Nuage d'Oort. Seules quelques-unes nous rendent visite (vue d'artiste).

 
5.  

Ce nuage existe-t-il vraiment ?

 
    Proposé en 1950 par l'astronome néerlandais Jan Oort pour expliquer l'origine de comètes aux orbites longues et elliptiques, le Nuage d'Oort n'a quasiment jamais été remis en cause. «Son existence ne fait aucun doute», estime Dominique Bockelée-Morvan, du laboratoire Lesia, à l'observatoire de Paris. Et, avec elle, un grand nombre d'astronomes spécialistes des comètes. Pourtant, il n'a jamais été observé directement. Pourquoi ? On observe bien des planètes extrasolaires à des milliers d'années-lumière, des galaxies à l'autre «bout» de l'Univers. «Il est beaucoup plus facile d'observer des objets qui, même s'ils sont lointains, sont gros et lumineux que des objets, certes plus proches, mais minuscules et très sombres», explique la chercheuse.  
    En effet, chaque comète du Nuage d'Oort ne fait guère plus de quelques kilomètres de diamètre. Composées de neige sale, ces comètes réfléchissent très peu la lumière du Soleil, leur magnitude est estimée à 60. Ce qui signifie qu'elles sont 1'000 milliards de fois moins lumineuses que l'astre le moins lumineux qu'est capable de voir le télescope spatial Hubble !  
   

Le Nuage d'Oort n'a jamais été vu directement. Autour d'autres étoiles, aucune structure similaire n'a été observée. Le disque de poussières de l'étoile Bêta Pictoris, à 63 années-lumière de nous, dans lequel les astronomes ont décelé la présence de nombreuses comètes.

 
    Par ailleurs, la densité du nuage est très faible : dans chaque cube de 1 unité astronomique (150 millions de kilomètres) de côté, on ne compte qu'une seule comète, de sorte qu'il est très difficile de savoir dans quelle direction pointer un télescope pour avoir la chance d'observer une comète d'Oort.  
    Le défi est de taille, mais plusieurs astronomes l'ont relevé. Dont ceux de l'équipe du programme Beyond Neptune du laboratoire Lesia, à l'observatoire de Paris. Leur astuce : tenter d'apercevoir ces corps fantomatiques lorsque, vus depuis la Terre, ils passent devant une étoile, produisant ce que l'on appelle une occultation. «Avec l'instrument Myosotis, installé sur le télescope de 1,23 m de Calar Alto, en Espagne, nous suivons des centaines d'étoiles, détaille Lucie Maquet, membre de l'équipe. Comme les occultations sont rares, il faut observer de nombreuses heures durant, dans l'attente d'un événement. Quand, enfin, un corps passe devant une étoile, cela se traduit par une baisse de luminosité. D'après le dessin de la courbe obtenue, nous pouvons déduire à la fois la taille et la distance de l'objet.»  
    L'équipe a déjà mis la main sur plusieurs corps glacés, mais le plus lointain d'entre eux n'est «qu'à» 7 UA; il appartient à la ceinture de Kuiper. «Nos détections nous permettent pour le moment établir une statistique et une distribution en taille des objets de ce réservoir plus proche, conclut Lucie Maquet. Mais nous poursuivons notre quête d'un objet d'Oort. Un jour, elle aboutira.»  
Lexique   comète à longue période
Dès qu'une comète a une période de révolution supérieure à 200 ans, elle est classée dans les comètes «à longue période».
 
    Ceinture de Kuiper
C'est un réservoir de comètes dont la partie interne s'étend de 38 à 50 UA du Soleil. Il forme un disque dans le plan où naviguent les planètes du Système solaire (l'écliptique). Parmi les plus gros objets de Kuiper, on trouve les planètes naines Eris et Pluton.
 
    Transneptunien
Se dit d'un objet ou d'un groupe d'objets qui se situe au-delà de l'orbite de Neptune.
 
       
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