Les preuves d’une activité géochimique interne sur les planètes naines glacées Eris et Makemake suggèrent qu’elles pourraient abriter des océans souterrains, remettant en question les notions antérieures selon lesquelles ces mondes lointains étaient froids et inertes. Cette découverte, rendue possible grâce au télescope spatial James Webb, ouvre de nouvelles voies de recherche sur l’habitabilité planétaire et la nature dynamique des objets de la ceinture de Kuiper.
Le télescope Webb a observé ce qui semble être de jeunes dépôts de méthane sur les surfaces d’Eris et Makemake.
Une équipe codirigée par le Southwest Research Institute a découvert des indications de processus hydrothermaux ou métamorphiques au sein des planètes naines glacées Eris et Makemake, situées dans le Ceinture de Kuiper. La présence de méthane sur leurs surfaces présente des caractéristiques d’activités géochimiques chaudes ou potentiellement chaudes dans leurs intérieurs rocheux, nettement différentes des signatures de méthane trouvées dans les comètes.
« Nous observons des signes intéressants de périodes chaudes dans des endroits frais », a déclaré le Dr Christopher Glein du SwRI, expert en géochimie planétaire et auteur principal d’un article sur cette découverte. « Je suis arrivé dans ce projet en pensant que les grands objets de la ceinture de Kuiper (KBO) devraient avoir des surfaces anciennes peuplées de matériaux hérités de la nébuleuse solaire primordiale, car leurs surfaces froides peuvent préserver des substances volatiles comme le méthane. Au lieu de cela, le Télescope spatial James Webb (JWST) nous a fait une surprise ! Nous avons trouvé des preuves indiquant des processus thermiques produisant du méthane à partir d’Eris et de Makemake.
La ceinture de Kuiper et ses habitants
La ceinture de Kuiper est une vaste région de corps glacés en forme de beignet au-delà de l’orbite de Neptune aux confins du système solaire. Eris et Makemake sont de taille comparable à Pluton et sa lune Charon. Ces corps se sont probablement formés au début de l’histoire de notre système solaire, il y a environ 4,5 milliards d’années. Loin de la chaleur de notre Soleil, les KBO étaient considérés comme des objets froids et morts. Des travaux récemment publiés issus des études JWST ont permis de réaliser les premières observations de molécules isotopiques sur les surfaces d’Eris et Makemake. Ces soi-disant isotopologues sont des molécules qui contiennent des atomes possédant un nombre différent de neutrons. Ils fournissent des données utiles pour comprendre l’évolution planétaire.
Les scientifiques du SwRI ont utilisé les données du télescope spatial James Webb pour modéliser les processus géothermiques souterrains qui pourraient expliquer comment le méthane s’est retrouvé à la surface d’Eris et de Makemake, deux planètes naines de la lointaine ceinture de Kuiper. L’illustration indique trois possibilités, notamment la possibilité que de l’eau liquide existe au sein de ces corps glacés aux confins du système solaire, loin de la chaleur du Soleil. Crédit : Institut de recherche du Sud-Ouest
L’équipe JWST a mesuré la composition de la surface des planètes naines, en particulier le rapport deutérium (hydrogène lourd, D) sur hydrogène (H) dans le méthane. On pense que le deutérium s’est formé dans Big Bang, et l’hydrogène est le noyau le plus abondant de l’univers. Le rapport D/H sur un corps planétaire fournit des informations sur l’origine, l’histoire géologique et les voies de formation des composés contenant de l’hydrogène.
« Le rapport D/H modéré que nous avons observé avec JWST dément la présence de méthane primordial sur une surface ancienne. Le méthane primordial aurait un rapport D/H beaucoup plus élevé », a déclaré Glein. « Au lieu de cela, le rapport D/H indique des origines géochimiques pour le méthane produit dans les profondeurs intérieures. Le rapport D/H est comme une fenêtre. Nous pouvons l’utiliser dans un sens pour scruter le sous-sol. Nos données suggèrent des températures élevées dans les noyaux rocheux de ces mondes, de sorte que le méthane puisse être cuit. Azote moléculaire (N2) pourrait également être produit, et nous le voyons sur Eris. Les noyaux chauds pourraient également indiquer des sources potentielles d’eau liquide sous leurs surfaces glacées.
Implications pour l’habitabilité et l’exploration future
Au cours des deux dernières décennies, les scientifiques ont appris que les mondes glacés peuvent avoir une évolution interne beaucoup plus importante qu’on ne le pensait autrefois. Des preuves de l’existence d’océans souterrains ont été trouvées sur plusieurs lunes glacées telles que Saturnela lune Encelade et Jupiterla lune Europe. L’eau liquide est l’un des ingrédients clés pour déterminer l’habitabilité potentielle de la planète. La possibilité de l’existence d’océans aquatiques à l’intérieur d’Eris et Makemake est quelque chose que les scientifiques vont étudier dans les années à venir. Si l’un ou l’autre était habitable, il deviendrait alors le monde le plus éloigné du système solaire susceptible d’héberger la vie. La découverte d’indicateurs chimiques de processus internes leur permet de faire un pas dans cette direction.
Une équipe codirigée par le Southwest Research Institute a trouvé des preuves d’une activité hydrothermale ou métamorphique au plus profond des planètes naines glacées Eris et Makemake (illustration artistique). Situées dans la ceinture de Kuiper, une vaste région de corps glacés en forme de beignet au-delà de l’orbite de Neptune, à la limite du système solaire, Eris et Makemake sont de taille comparable à Pluton et à sa lune Charon. Crédit : Institut de recherche du Sud-Ouest
« Si Eris et Makemake abritaient, ou pouvaient peut-être encore héberger, des géochimies chaudes, voire chaudes, dans leurs noyaux rocheux, des processus cryovolcaniques pourraient alors fournir du méthane à la surface de ces planètes, peut-être à une époque géologiquement récente », a déclaré le Dr Will Grundy. un astronome à l’Observatoire Lowell, l’un des co-auteurs de Glein et auteur principal d’un article complémentaire. «Nous avons trouvé un rapport isotopique du carbone (13C/12C) qui suggère un resurfaçage relativement récent.
Ce travail s’inscrit dans un changement de paradigme en science planétaire. Il est de plus en plus reconnu que les mondes froids et glacials peuvent être chaleureux au cœur. Les modèles développés pour cette étude indiquent en outre la formation de gaz géothermiques sur la lune Titan de Saturne, qui contient également du méthane en abondance. De plus, l’inférence d’une activité inattendue sur Eris et Makemake souligne l’importance des processus internes dans l’élaboration de ce que nous observons sur les grands KBO et est cohérente avec les découvertes sur Pluton.
« Après le survol du système Pluton par New Horizons et avec cette découverte, la ceinture de Kuiper s’avère bien plus vivante en termes d’hébergement de mondes dynamiques que nous l’aurions imaginé », a déclaré Glein. « Il n’est pas trop tôt pour commencer à envisager d’envoyer un vaisseau spatial survoler un autre de ces corps afin de placer les données JWST dans un contexte géologique. Je crois que nous serons stupéfaits par les merveilles qui nous attendent !
