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La mission Rosetta nous dévoile peu à peu les secrets des comètes et a permis de trancher une question vieille de plusieurs décennies : la nature de leurs glaces. Deux grandes hypothèses s’affrontaient jusqu’ici : celle d’une glace cristalline, où les molécules d’eau sont arrangées de manière périodique, et celles d’une glace amorphe, où les molécules d’eau sont désordonnées. Un problème rendu d’autant plus sensible par ses implications sur l’origine et la formation des comètes et du système solaire.

C’est l’instrument Rosina de la sonde Rosetta qui aura permis de répondre à cette question. Ce spectromètre de masse a d’abord mesuré, en octobre 2014, les abondances du diazote (N2), du monoxyde de carbone (CO) et de l’argon (Ar) dans la glace de Tchouri. Ces données ont été comparées à celles obtenues en laboratoire dans des expériences sur de la glace amorphe, ainsi qu’à celles de modèles décrivant la composition d’hydrates de gaz, un type de glace cristalline où les molécules d’eau peuvent emprisonner des molécules de gaz. Les proportions de diazote et d’argon retrouvées sur Tchouri correspondent bien à celles du modèle des hydrates de gaz alors que la quantité d’argon déterminée sur « Tchouri » est cent fois inférieure à celle que la glace amorphe peut piéger. La glace de la comète possède donc bien une glace de structure cristalline.

Cette découverte est capitale car elle permet de dater la naissance des comètes. En effet, les hydrates de gaz sont des glaces cristallines qui se sont formées dans la nébuleuse primitive du système solaire, à partir de la cristallisation de grains de glace d’eau et de l’adsorption de molécules de gaz sur leurs surfaces au cours du lent refroidissement de la nébuleuse. Si les comètes sont composées de glace cristalline, cela signifie qu’elles se sont forcément formées en même temps que le système solaire, et non auparavant dans le milieu interstellaire. La structure cristalline des comètes prouve également que la nébuleuse primitive était suffisamment chaude et dense pour sublimer la glace amorphe qui provenait du milieu interstellaire. Les hydrates de gaz agglomérés par Tchouri ont dû se former entre -228 et -223 °C pour reproduire les abondances observées. Ces travaux confortent également les scénarios de formation des planètes géantes, ainsi que de leurs lunes, qui nécessitent l’agglomération de glaces cristallines.

Plusieurs mécanismes ont été proposés pour expliquer ces différences. Premièrement, lorsque deux galaxies se croisent, des forces de marée (les parties plus éloignées de chaque galaxie subissent une force de gravité moins importante que les parties les plus proches, ce qui tend à « déchirer » la galaxie). Le deuxième mécanisme est la « pression dynamique » que subit le milieu interstellaire d’une galaxie qui traverse le gaz chaud et diffus que renferment les amas (cette force est similaire à celle que ressent par exemple un motard lancé à vive allure). Ces deux processus sont capables d’arracher le gaz des galaxies d’amas, et ainsi réduire la formation de nouvelles étoiles. Dans les galaxies spirales les plus massives, les théories les plus en vogue prévoient aussi un troisième mécanisme : l’énergie injectée dans le milieu interstellaire par le noyau actif qu’elles contiennent en leur centre peut aussi amener le gaz à s’échapper des galaxies.

L’identification du processus dominant est critique pour la mise au point des modèles et des simulations cosmologiques qui ont aujourd’hui une précision suffisante pour être comparable aux observations. Il est cependant très difficile d’observer le gaz alors qu’il est en train de quitter les galaxies en particulier en raison de sa faible densité. La mise à disposition d’un nouveau filtre très efficace pour détecter l’émission du gaz ionisé dans une raie de l’atome d’hydrogène (Halpha), sur la camera extrêmement sensible MegaCam du CFHT (Canada France Hawaï Telescope) offre aux astronomes un nouvel outil très performant pour la détection du gaz arraché aux galaxies par la pression dynamique.

Une équipe internationale dirigée par des chercheurs du Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (LAM – CNRS/Aix-Marseille Université) a utilisé cet instrument pour observer NGC 4569, la galaxie spirale la plus massive de l’amas de la Vierge, qu’elle est en train de traverser à plus de 1200 km/s. Cet amas est encore en formation et nous offre donc l’opportunité de voir la transformation des galaxies dans les amas « en direct ». L’image Halpha obtenue au CFHT montre pour la première fois que des queues spectaculaires de gaz ionisé s’étendent sur plus de 300 000 années-lumière, ce qui les rend environ 5 fois plus grandes que la galaxie elle-même. Cette observation confirme que la pression dynamique est en train de vider la galaxie de son milieu interstellaire. Une estimation de la masse de gaz dans ces queues démontre que le phénomène est si violent que 95 % du milieu interstellaire a déjà été arraché, réduisant donc fortement la capacité de la galaxie à former de nouvelles étoiles.

Pour une galaxie aussi massive que NGC4569, on aurait pu penser que les forces gravitationnelles seraient suffisamment fortes pour retenir le gaz subissant la pression dynamique. Dans les modèles cosmologiques, les chercheurs supposent en effet que c’est plutôt l’effet du noyau actif de la galaxie qui est responsable de la réduction de l’activité de formation stellaire des galaxies de cette masse. Les nouvelles observations démontrent au contraire que l’effet dominant est bien la pression dynamique. Une contrainte dont il faudra tenir compte dans les modèles cosmologiques intégrant l’effet de l’environnement des galaxies.

Ce résultat démontre aussi que le nouveau dispositif au CFHT est très efficace pour identifier les objets en train d’interagir par effet de pression dynamique avec le gaz chaud et diffus des amas. Cela nous ouvre une nouvelle voie très prometteuse pour la compréhension du rôle que l’environnement joue dans l’évolution des galaxies.