Pendant des décennies, les scientifiques ont émis l'hypothèse qu'au-delà du bord du système solaire, à une distance allant jusqu'à 50000 UA (0,79 ly) du Soleil, se trouve un nuage massif de planétésimaux glacés connu sous le nom de nuage d'Oort. Nommé en l'honneur de l'astronome néerlandais Jan Oort, ce nuage est censé être l'origine des comètes à long terme. Cependant, à ce jour, aucune preuve directe n'a été fournie pour confirmer l'existence du nuage d'Oort.
Cela est dû au fait que le nuage d'Oort est très difficile à observer, étant assez loin du Soleil et dispersé sur une très grande région de l'espace. Cependant, dans une étude récente, une équipe d'astrophysiciens de l'Université de Pennsylvanie a proposé une idée radicale. En utilisant des cartes de l'arrière-plan des micro-ondes cosmiques (CMB) créées par le Planck mission et d'autres télescopes, ils croient que les nuages d'Oort autour d'autres étoiles peuvent être détectés.
L'étude - «Sonder les nuages d'Oort autour des étoiles de la Voie lactée avec des relevés CMB», récemment publiée en ligne - a été dirigée par Eric J Baxter, chercheur postdoctoral du Département de physique et d'astronomie de l'Université de Pennsylvanie. Il a été rejoint par les professeurs de Pennsylvanie Cullen H. Blake et Bhuvnesh Jain (mentor principal de Baxter).
Pour récapituler, le nuage d'Oort est une région hypothétique de l'espace qui s'étendrait entre 2 000 et 5 000 AU (0,03 et 0,08 ly) jusqu'à 50 000 AU (0,79 ly) du Soleil - bien que certaines estimations indiquent qu'il pourrait atteindre jusqu'à 100 000 à 200 000 UA (1,58 et 3,16 ly). Comme la ceinture de Kuiper et le disque dispersé, le nuage d'Oort est un réservoir d'objets trans-neptuniens, bien qu'il soit plus de mille fois plus éloigné de notre Soleil que ces deux autres.
Ce nuage est censé provenir d'une population de petits corps glacés à moins de 50 UA du Soleil qui étaient présents lorsque le système solaire était encore jeune. Au fil du temps, il est théorisé que les perturbations orbitales causées par les planètes géantes ont fait que les objets qui avaient des orbites très stables formaient la ceinture de Kuiper le long du plan écliptique, tandis que ceux qui avaient des orbites plus excentriques et plus éloignées formaient le nuage d'Oort.
Selon Baxter et ses collègues, parce que l'existence du nuage d'Oort a joué un rôle important dans la formation du système solaire, il est donc logique de supposer que d'autres systèmes stellaires ont leurs propres nuages d'Oort - qu'ils appellent exo-Oort Nuages (EXOC). Comme le Dr Baxter l'a expliqué à Space Magazine par courrier électronique:
«L'un des mécanismes proposés pour la formation du nuage d'Oort autour de notre soleil est que certains des objets du disque protoplanétaire de notre système solaire ont été éjectés sur de très grandes orbites elliptiques par des interactions avec les planètes géantes. Les orbites de ces objets ont ensuite été affectées par des étoiles proches et des marées galactiques, les obligeant à s'écarter des orbites limitées au plan du système solaire et à former le nuage désormais sphérique d'Oort. Vous pourriez imaginer qu'un processus similaire pourrait se produire autour d'une autre étoile avec des planètes géantes, et nous savons qu'il existe de nombreuses étoiles qui ont des planètes géantes. »
Comme Baxter et ses collègues l’ont indiqué dans leur étude, la détection des EXOC est difficile, en grande partie pour les mêmes raisons pour lesquelles il n’existe aucune preuve directe du nuage Oort du système solaire. D'une part, il n'y a pas beaucoup de matière dans le nuage, avec des estimations allant de quelques à vingt fois la masse de la Terre. Deuxièmement, ces objets sont très éloignés de notre Soleil, ce qui signifie qu'ils ne réfléchissent pas beaucoup la lumière ou ont de fortes émissions thermiques.
Pour cette raison, Baxter et son équipe ont recommandé d'utiliser des cartes du ciel aux longueurs d'onde millimétriques et submillimétriques pour rechercher des signes de nuages d'Oort autour d'autres étoiles. De telles cartes existent déjà, grâce à des missions comme Planck télescope qui a cartographié le fond des micro-ondes cosmiques (CMB). Comme l'a indiqué Baxter:
«Dans notre article, nous utilisons des cartes du ciel à 545 GHz et 857 GHz qui ont été générées à partir des observations du satellite Planck. Planck a été à peu près conçu * uniquement * pour cartographier le CMB; le fait que nous puissions utiliser ce télescope pour étudier les nuages exo-Oort et potentiellement les processus liés à la formation des planètes est assez surprenant! »
Il s'agit d'une idée plutôt révolutionnaire, car la détection des EXOC ne faisait pas partie de l'objectif Planck mission. En cartographiant le CMB, qui est un «rayonnement relique» laissé par le Big Bang, les astronomes ont cherché à en savoir plus sur la façon dont l'Univers a évolué depuis le début de l'Univers - vers. 378 000 ans après le Big Bang. Cependant, leur étude s'appuie sur des travaux antérieurs dirigés par Alan Stern (le chercheur principal du Nouveaux horizons mission).
En 1991, avec John Stocke (de l’Université du Colorado, Boulder) et Paul Weissmann (du Jet Propulsion Laboratory de la NASA), Stern a mené une étude intitulée «Une recherche IRAS pour les nuages extra-solaires de l’Oort». Dans cette étude, ils ont suggéré d'utiliser les données du satellite astronomique infrarouge (IRAS) dans le but de rechercher des EXOC. Cependant, alors que cette étude s'est concentrée sur certaines longueurs d'onde et 17 systèmes stellaires, Baxter et son équipe se sont appuyés sur des données pour des dizaines de milliers de systèmes et pour une plus large gamme de longueurs d'onde.
D'autres télescopes actuels et futurs qui, selon Baxter et son équipe, pourraient être utiles à cet égard comprennent le télescope du pôle Sud, situé à la station du pôle Sud Amundsen – Scott en Antarctique; le télescope de cosmologie d'Atacama et l'observatoire Simons au Chili; le télescope submillimétrique à grande ouverture porté par ballon (BLAST) en Antarctique; le télescope de Green Bank en Virginie occidentale, et d'autres.
«En outre, le Gaia satellite a récemment cartographié très précisément les positions et les distances des étoiles dans notre galaxie », a ajouté Baxter. «Cela rend le choix des cibles pour les recherches dans le cloud exo-Oort relativement simple. Nous avons utilisé une combinaison de Gaia et Planck données dans notre analyse. "
Pour tester leur théorie, Baxter et son équipe ont construit une série de modèles pour l'émission thermique des nuages exo-Oort. "Ces modèles suggéraient que la détection de nuages exo-Oort autour d'étoiles proches (ou au moins de limiter leurs propriétés) était faisable compte tenu des télescopes et des observations existants", a-t-il déclaré. «En particulier, les modèles suggéraient que les données du Planck le satellite pourrait potentiellement se rapprocher de la détection d'un nuage d'exo-Oort comme le nôtre autour d'une étoile proche. »
En outre, Baxter et son équipe ont également détecté un indice d'un signal autour de certaines des étoiles qu'ils ont prises en compte dans leur étude - en particulier dans les systèmes Vega et Formalhaut. À l'aide de ces données, ils ont pu imposer des contraintes sur l'existence possible d'EXOC à une distance de 10 000 à 100 000 UA de ces étoiles, ce qui coïncide à peu près avec la distance entre notre Soleil et le nuage d'Oort.
Cependant, des enquêtes supplémentaires seront nécessaires avant que l'existence de tout EXOC puisse être confirmée. Ces enquêtes impliqueront probablement Télescope spatial James Webb, dont le lancement est prévu en 2021. Entre-temps, cette étude a des implications assez importantes pour les astronomes, et pas seulement parce qu'elle implique l'utilisation de cartes CMB existantes pour des études extrasolaires. Comme l'a dit Baxter:
"La simple détection d'un nuage exo-Oort serait vraiment intéressante, car comme je l'ai mentionné ci-dessus, nous n'avons aucune preuve directe de l'existence de notre propre nuage Oort. Si vous obteniez une détection d'un nuage exo-Oort, cela pourrait en principe fournir des informations sur les processus liés à la formation des planètes et l'évolution des disques protoplanétaires. Par exemple, imaginez que nous n'avons détecté que des nuages exo-Oort autour d'étoiles qui ont des planètes géantes. Cela fournirait des preuves assez convaincantes que la formation d'un nuage d'Oort est connectée à des planètes géantes, comme le suggèrent les théories populaires de la formation de notre propre nuage d'Oort. »
À mesure que nos connaissances sur l'Univers s'élargissent, les scientifiques s'intéressent de plus en plus à ce que notre système solaire a en commun avec d'autres systèmes stellaires. Ceci, à son tour, nous aide à en savoir plus sur la formation et l'évolution de notre propre système. Il fournit également des indices possibles sur la façon dont l'Univers a changé au fil du temps, et peut-être même où la vie pourrait se retrouver un jour.
