Il ne s'agit évidemment pas de réels bonhommes de neige sculptés par des mains extraterrestres, mais on a nommé ces objets ainsi parce que leur morphologie est étrangement familière. Au-delà de l'orbite de Neptune, il règne un froid glacial (-230°C) et leur forme n'a pas bougé d'un iota depuis plus de 4 milliards d'années. Ils sont des millions à dériver dans cette zone obscure aux confins de notre Système solaire. Leur véritable nom scientifique : les binaires de contact.
Alors que la Terre orbite à 150 millions de kilomètres du Soleil, la ceinture de Kuiper s’étire entre 4,5 et 7,5 milliards de kilomètres, soit 30 à 50 fois plus loin. À cette distance, le rayonnement solaire y est des centaines à plus de mille fois plus faible qu’à proximité de notre planète, ce qui fait d'elle l'une des zones les plus froides de notre Système solaire. Elle abrite donc des millions de corps glacés, de gabarits très différents, dont certains (entre 10 et 25 % selon les estimations) arborent une forme étrange : ils possèdent deux lobes soudés l'un à l'autre. Une morphologie qui leur donne un air sympathique de bonhommes de neige ou de cacahuète.
En 2019, la sonde New Horizons évoluait dans la région transneptunienne, au cœur de la ceinture de Kuiper, où elle a survolé l’objet Arrokoth (voir image plus bas), nous offrant le premier regard rapproché sur un corps primordial de cette région glacée. Les images haute résolution ont montré que les deux lobes d’Arrokoth s’emboîtent sans traces de fragmentation ou de déformation. Une collision à grande vitesse les aurait pulvérisés ou fortement comprimés ; leur état quasi intact indique au contraire qu'ils se sont assemblés à très faible vitesse.
Ce n'est que depuis le 19 février, grâce à une étude parue dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, que cette interprétation a été consolidée. Ses auteurs ont démontré que ces binaires de contact correspondent vraisemblablement à des planétésimaux formés très tôt, au cours des 100 premiers millions d’années du Système solaire, puis préservés dans les régions externes sans être fragmentés.
Les « bonshommes de neige » de Kuiper : des survivants du Système solaire primitif
Ces binaires de contact sont principalement constitués d’un mélange de glaces et de matériaux rocheux. Dans un environnement où les vitesses relatives atteignent plusieurs km/s, comme c’est le cas dans le Système solaire interne, une collision entre deux corps de ce type conduirait très probablement à leur fragmentation. Mais dans la ceinture de Kuiper, les conditions sont très différentes : lorsque deux planétésimaux se rencontrent, leur vitesse est très faible, de l'ordre de quelques m/s seulement.
Pourquoi ? Parce que dans cette région, la plupart des corps partagent des orbites dites « coplanaires » et quasi circulaires : ils tournent tous dans le même sens et sur le même plan. Les différences de trajectoire sont faibles, si bien que lorsqu’ils entrent en contact, l'énergie dégagée par l'impact est trop faible pour les détruire, permettant leur accrétion.
Jackson Barnes, auteur principal de cette nouvelle étude, avec son équipe, a démontré que la formation de ces binaires résulte de l’effondrement de nuages de particules en rotation. En modélisant ces corps comme des amas de millions de galets individuels, les chercheurs ont observé comment l'énergie cinétique est dissipée lors du contact. Au lieu de rebondir ou de se fracturer, les deux lobes s’assemblent lentement, l’énergie résiduelle étant absorbée par les collisions entre les grains glacés qui les composent.
« Ce qui est si génial avec ce modèle », explique Jackson Barnes, « c’est qu’il peut créer des planétésimaux qui ne sont pas seulement sphériques, ils peuvent être plats, en forme de cigare et, oui, en forme de bonhomme de neige ».
Bien que la ceinture de Kuiper ait connu des perturbations gravitationnelles au cours de son histoire, une partie de sa population a été peu perturbée depuis les premiers temps du Système solaire. Ces objets ont ainsi survécu des milliards d'années sans bouger d'un iota. Ils sont donc, à cet égard, des échantillons intacts du disque protoplanétaire tel qu'il existait environ 100 millions d'années après la naissance du Soleil.
Des capsules temporelles à -230°C
C’est pour cette raison qu’Arrokoth et ses millions de cousins sont si précieux pour l’astrophysique : ils constituent des archives remarquablement préservées des matériaux primitifs à partir desquels les planètes se sont formées. Contrairement aux planètes telluriques, ils n’ont pas connu de différenciation interne, leur faible masse n’ayant pas permis un échauffement suffisant pour faire fondre et séparer les éléments qui les constituent.
Restés dans les régions froides du Système solaire externe, leur matrice rocheuse, très poreuse, a conservé des glaces volatiles telles que le monoxyde de carbone (CO), le diazote (N2) ou le méthane (CH4), ainsi que divers composés organiques complexes. Des substances qui auraient été perdues à plus faible distance du Soleil.
Analyser ces objets, c'est donc observer les éléments primordiaux du Système solaire, dont l'agglomération est restée au stade embryonnaire. Orbitant dans l'exil de la région transneptunienne, ces planétésimaux sont les reliquats d’un processus d’édification planétaire inachevé, laissant derrière lui des matériaux de construction quasiment intacts. Ils sont, à ce titre, des fossiles de notre jeune Système solaire, le « degré zéro de la géologie », nous offrant une vision unique de la matière telle qu'elle existait avant de subir les transformations minéralogiques induites par la pression et la chaleur.
Source : Space.com
