Arrokoth : Témoin unique de la nébuleuse solaire primitive

Arrokoth : Objet de la Ceinture de Kuiper

Un habitant glacé des confins du système solaire

Arrokoth est un objet transneptunien (TNO) situé dans la ceinture de Kuiper, une région peuplée d'objets glacés au-delà de Neptune, tels que Pluton, Hauméa, Albion ou Varuna. Il appartient à la population dite des « classiques froids » (cold classicals), les objets les moins perturbés dynamiquement du système solaire. Son orbite, relativement circulaire, est située à environ 44,6 unités astronomiques du Soleil, soit environ 6,7 milliards de kilomètres. Sa période orbitale autour du Soleil est d'environ 298 ans.

N.B. :
Arrokoth signifie "ciel", un mot issu de la langue des Powhatan (un peuple amérindien de la région de la Virginie, aux États-Unis). Le terme "Ultima" vient du latin ultima, qui signifie "le plus éloigné" ou "l'extrême". Dans la littérature classique, "Thule" était une île légendaire située à l'extrême nord du monde connu, souvent associée à l'idée d'un lieu ultra-lointain ou mystérieux. Cela reflète le fait qu'Arrokoth était, à l'époque de sa découverte, l'objet le plus lointain jamais exploré.

Une découverte rendue possible par le télescope spatial Hubble

Arrokoth a été découvert le 26 juin 2014 par l'astronome Marc Buie, membre de l'équipe de la mission New Horizons, à l'aide de la caméra à grand champ du télescope spatial Hubble. Cette découverte s'inscrivait dans une recherche ciblée destinée à identifier un objet de la ceinture de Kuiper accessible à la sonde après son survol de Pluton en 2015, l'objet étant trop faible (magnitude apparente d'environ 27) pour être détecté par les télescopes au sol. D'abord désigné par le code provisoire 2014 MU69, puis surnommé de manière informelle « Ultima Thule », l'objet a reçu son nom officiel, Arrokoth, en novembre 2019. Ce terme signifie « ciel » dans la langue du peuple powhatan/algonquin, en hommage aux populations autochtones de la région où furent construits le télescope Hubble et la sonde New Horizons.

Une surface rougeâtre façonnée par le rayonnement cosmique

La surface d'Arrokoth est uniformément rougeâtre sur l'ensemble de l'objet, une teinte encore plus prononcée que celle de Pluton, en raison de la présence de tholins, des composés organiques complexes formés par l'irradiation de simples composés comme le méthane et l'éthylène. Cette coloration suggère que la surface d'Arrokoth est le résultat de processus chimiques causés par l'exposition continue aux rayons cosmiques et aux rayons ultraviolets de l'environnement spatial primitif.

Un témoin préservé de la formation du système solaire

Les observations de New Horizons indiquent qu'Arrokoth est un objet préservé depuis la formation du système solaire. Sa surface est étonnamment lisse et montre peu de cratères, suggérant qu'il a subi peu de collisions depuis sa formation. Le comptage des cratères d'impact fait remonter l'âge de sa surface à la toute fin de la phase d'accrétion du disque protoplanétaire, il y a environ 4,5 milliards d'années. Cette histoire géologique peu agitée a permis de préserver les caractéristiques de l'époque de sa formation.

Une structure très poreuse révélatrice d'une naissance en douceur

Arrokoth ne possédant ni satellite ni anneau détectable, sa masse n'a pas pu être mesurée directement par les effets gravitationnels lors du survol. Elle est donc estimée à partir de contraintes géophysiques indirectes, notamment la résistance de son « cou » central à la compression : les modèles convergent vers une densité de référence d'environ 0,235 g/cm³, avec une fourchette généralement citée entre 0,2 et 0,5 g/cm³ selon les hypothèses retenues. Cette valeur, très inférieure à celle de l'eau et sans commune mesure avec celle d'un rocher (2,5 à 3 g/cm³), correspond à une porosité interne pouvant atteindre environ 90 %. Une telle structure indique une formation dans des conditions de très faible énergie, renforçant l'hypothèse d'une accrétion douce dans la nébuleuse solaire primitive.

Arrokoth : Objet binaire de contact

Deux lobes aplatis pour un « bonhomme de neige » réévalué

Arrokoth est composé de deux lobes distincts, réunis par un « cou » étroit et brillant, ce qui donnait à l'objet, sur les premières images, l'apparence d'un « bonhomme de neige ». L'objet entier mesure environ 36 km de long, pour une largeur d'environ 20 km et une épaisseur d'à peine 10 km. Le lobe le plus grand, surnommé « Ultima » lors du survol et officiellement baptisé Wenu, mesure environ 21 × 20 × 9 km. Le lobe le plus petit, surnommé « Thule » puis nommé Weeyo, mesure environ 15 × 14 × 10 km.

N.B. :
Les toutes premières images du survol, prises de loin, avaient laissé penser que les deux lobes étaient à peu près sphériques. Une analyse plus poussée, publiée en 2020 à partir d'images prises par New Horizons après son passage le plus rapproché — notamment des clichés où Arrokoth occultait des étoiles en arrière-plan — a montré que les deux lobes sont en réalité nettement aplatis, un peu à la manière de deux galets, et non de deux boules de neige.

Une accrétion douce à l'origine de sa structure binaire

Arrokoth est un exemple de binaire de contact, formé lorsque deux objets distincts se sont « collés » à très faible vitesse, probablement de l'ordre de quelques kilomètres par heure. Cette formation douce contraste avec les collisions violentes qui forment de nombreux autres objets dans le système solaire.

Les modèles de formation indiquent que cette accrétion douce s'est produite dans la nébuleuse solaire primitive, probablement par effondrement gravitationnel d'un nuage de « pierres » (pebbles) de taille centimétrique. Les données de New Horizons montrent que les axes de rotation des lobes d'Arrokoth sont presque parfaitement alignés, ce qui suggère qu'ils se sont formés séparément mais en orbite étroite l'un autour de l'autre pendant une longue période avant de fusionner, plutôt que de s'être simplement « percutés » par hasard. Cette configuration est cohérente avec une très faible énergie d'impact, renforçant l'idée d'une formation dans un environnement peu turbulent, bien avant l'effondrement du nuage primitif.

Composition de surface : glace de méthanol et organiques complexes

Une glace de méthanol détectée, mais pas de glace d'eau

L'analyse spectroscopique de la surface d'Arrokoth par les instruments de New Horizons a révélé la présence de glace de méthanol (CH₃OH), identifiable par ses signatures d'absorption caractéristiques autour de 2,27 et 2,34 micromètres, associée à des matériaux organiques complexes probablement issus de l'irradiation de glaces simples. De façon notable, aucune signature de glace d'eau n'a été détectée à la surface, alors qu'elle est un composant courant de nombreux autres objets glacés du système solaire. Cette composition suggère une hydrogénation de glaces riches en monoxyde de carbone et un traitement énergétique de méthane condensé sur des grains de glace, dans l'environnement extrêmement froid de la périphérie du disque protoplanétaire naissant.

Une température de surface extrême

Les mesures radiométriques effectuées par New Horizons sur l'hémisphère nocturne d'Arrokoth indiquent une température de brillance moyenne d'environ 29 ± 5 kelvins, soit environ -244 °C, conforme à la position très reculée de l'objet dans le système solaire.

Arrokoth : Objet primitif préservé

Une capsule temporelle de la nébuleuse solaire

Arrokoth est considéré comme un objet primitif, préservé depuis la formation du système solaire. L'étude de ses caractéristiques physiques offre une fenêtre unique sur les conditions initiales de la nébuleuse solaire. Contrairement à d'autres objets qui ont subi des transformations significatives, Arrokoth est resté relativement inchangé, ce qui le rend particulièrement précieux pour les scientifiques.

Un laboratoire naturel pour comprendre la formation des planétésimaux

Les caractéristiques étonnantes d'Arrokoth fournissent des informations précieuses sur les processus de formation et l'évolution des petits corps, qui ont participé par leur agrégation progressive à la formation de corps plus gros, appelés planétésimaux. Arrokoth demeure, à ce jour, l'objet le plus lointain et le plus primitif jamais exploré de près par une sonde spatiale.