Jan Oort | L'origine des comètes - Les figures de l'espace

La taille de l’univers n’a cessé de grandir au cours des siècles. Si notre univers est effectivement en expansion, l’évolution de nos connaissances et de nos instruments repousse constamment ses limites connues. Alors que la Lune et les six premières planètes sont observées depuis des millénaires, il faudra attendre 1782 pour découvrir une nouvelle planète dans notre système solaire avec la découverte d’Uranus. Enfin, ce n’est que dans les années 1920 qu’Edwin Hubble comprend que la Voie Lactée n’est qu’une galaxie parmi tant d’autres. C’est dans ce contexte que Jan Oort étendit encore la taille de notre système solaire en étudiant l’origine des comètes.

46 ans à l’observatoire de Leiden

Jan Oort est né le 28 avril 1900 à Franeker aux Pays-Bas. Après avoir obtenu son diplôme à l’université de Groningen en 1921, il commencera sa carrière comme assistant de Jacobus Kapteyn, un spécialiste de l’étude de la Voie Lactée. Il passera ensuite deux années à l’université de Yale (USA) avant de rejoindre l’observatoire de Leiden. En 1935, Jan deviendra codirecteur puis directeur de l’observatoire et professeur titulaire en 1945. Il conservera ce poste jusqu’à se retraire en 1970.

En parallèle, Jan Oort sera également secrétaire général de l’Union Astronomique Internationale (UAI) de 1935 à 1948 puis directeur de 1958 à 1961. Il se ventera d’ailleurs de n’avoir raté aucune réunion de l’UAI entre la 1ère en 1922 et sa dernière en 1976. Il sera également à l’initiative de l’Observatoire Européen Austral (ESO). La mise en place de ce dernier au Chili mènera à la construction de l’un des plus grands complexes d’observation. L’ESO devrait d’ailleurs accueillir d’ici 2030 le plus grand télescope du monde, avec un miroir de 39 m de diamètre.

Jan Oort à l’observatoire de Leiden en 1961. ©Joop van Bilsen

La rotation de notre galaxie

Lorsque Jan commence ses recherches à l’observatoire de Leiden, en 1924, les observations astronomiques commencent tout juste à montrer que l’univers s’étend au-delà de notre galaxie. Edwin Hubble montrera que certaines nébuleuses se trouvent à des distances trop importantes pour se situer dans la Voie Lactée. Jan choisira alors, comme sujet de sa thèse de doctorat, l’étude de l’asymétrie des vitesses des étoiles. Après avoir soutenu sa thèse en 1926, l’étude de notre galaxie sera le sujet de recherche principal de Jan. Il démontrera notamment à l’âge de 28 ans que la Voie Lactée est en rotation différentielle.

En effet, en observant le mouvement d’étoiles et d’amas d’étoiles, les astronomes se sont rendu compte que la vitesse de déplacement variait d’un objet à l’autre. Pour expliquer cela, l’astronome suédois Bertil Lindblad émit l’hypothèse que notre galaxie serait divisée en sous-systèmes. Chaque système aurait ainsi sa vitesse propre, comme les planètes sur leur orbite. La galaxie serait donc en rotation et la vitesse de rotation des étoiles augmenterait en se rapprochant du centre de la galaxie. Le travail de Jan Oort permit de démonter cette hypothèse et montra également que la densité d’étoile augmente vers le cœur de la galaxie et diminue vers son bord. Il passera la majeure partie de sa carrière à étudier notre galaxie. Ses études permirent ainsi d’améliorer grandement notre compréhension de la Voie lactée.

Vue d’artiste de notre voie lactée, le Soleil se situant dans le bras d’Orion. ©ESO

D’où proviennent les comètes ?

Durant sa longue carrière, Jan encadrera de nombreux doctorants et doctorantes. Le travail de l’un d’eux marquera profondément sa carrière. En effet, après le décès de son directeur de thèse, Jan terminera l’encadrement d’Adrianus van Woerkom. Ce dernier préparait alors une thèse intitulée sobrement : « On the origin of comets« . Pour rappel, les comètes sont des astéroïdes, de petites roches de quelques kilomètres de diamètre, riches en glace dont l’orbite très « aplatie » les fait passer proches du Soleil. La chaleur fait ainsi évaporer (sublimer pour être exact) la glace et crée une gigantesque queue de poussière.

L’une des grandes questions de l’époque était de comprendre la présence des comètes. En effet, les astronomes avaient observé que l’orbite des comètes était fortement perturbée par le Soleil et les planètes géantes. Les observations au cours des siècles montrèrent notamment qu’une comète était détruite après plusieurs passages près du Soleil. Le système solaire ayant environ 4,6 milliards d’années, les comètes devraient donc avoir totalement disparu.

Pour expliquer cela, différents astronomes se sont intéressés aux comètes à longues périodes. Il existe deux types de comètes, les comètes périodiques et les comètes à longue période. Les premières repassent près du Soleil régulièrement sur des échelles de temps de quelques années, voire des dizaines d’années. Cependant, les secondes ne sont observées qu’une fois avant de disparaitre à jamais. Si l’on peut penser aux comètes interstellaires récemment découvertes, les calculs semblent montrer que ces comètes appartiennent bien à notre système mais s’éloignent tellement du Soleil au cours de leur orbite qu’il faut des dizaines de milliers d’années pour qu’elles passent à nouveau dans notre ciel.

*Photographie de la comète à longue période C/2020 F8 SWAN prise en 2020. ©Diego Toscan*

Le nuage d’Oort

Ainsi, au début du XXe siècle, plusieurs astronomes émirent l’hypothèse que les comètes périodiques, présentes dans la partie interne du système solaire, proviendraient d’un réservoir plus lointain. L’astronome estonien Ernst Öpik proposa notamment l’hypothèse que les comètes à longues périodes provenaient des limites de notre système.

En 1950, Jan Oort s’intéressa au problème en analysant la distribution des orbites des comètes à longues périodes connues. Il constata ainsi que ces objets venaient de très loin et, surtout, qu’ils venaient de toutes les directions. Jan compléta alors l’hypothèse d’Öpik en supposant qu’il devait exister une zone, loin derrière Pluton et la ceinture de Kuiper, constituée de millions de comètes inactives. Ces comètes se seraient formées plus près du Soleil et auraient été expulsées aux confins du système à cause des interactions gravitationnelles avec Jupiter et Saturne.

Jan Oort imagina donc une zone située entre 30 000 et 100 000 fois la distance Terre-Soleil. Cette zone, plus tard nommée le nuage d’Oort, serait remplie d’astéroïdes glacés. Régulièrement, à l’échelle de l’univers, une perturbation, comme le passage d’une étoile proche de notre système, modifierait l’orbite de certains objets qui seraient alors envoyés vers le système solaire interne. En interagissant avec le Soleil et Jupiter, l’orbite de ces comètes se circulariserait pour devenir des comètes périodiques avant de disparaitre quelques milliers d’années plus tard.

Ces objets glacés sont trop petits pour pouvoir être observés depuis la Terre. C’est pourquoi, l’existence du nuage d’Oort reste encore à prouver. Néanmoins, les observations faites depuis 1950 tendent à confirmer sa présence. Ainsi, si Jan Oort passa la plus grande partie de sa vie à étudier la structure de notre galaxie, il est connu pour son travail sur l’origine des comètes. En plus de 70 ans de carrière, il aura marqué l’histoire de l’astronomie et est aujourd’hui reconnu comme l’un des chercheurs les plus influents du XXe siècle.