Cometary nuclei and their activity processes
Les noyaux cométaires et leurs processus d'activité
Résumé
The study of cometary nuclei is of paramount importance to understand the formation and the evolution of the solar system. This thesis presents several methods and models to determine their physical properties (radius, geometric albedo, thermal inertia and active surface fraction) from visible observations, infrared observations and water production rate, and to quantify the activity on their surface. We study the nucleus of comets Hale-Bopp (C/1995 O1), 55P/Tempel-Tuttle, 126P/IRAS, 103P/Hartley 2, 22P/Kopff, 46P/Wirtanen, IRAS-Araki-Alcock (C/1983 H1) and 2P/Encke, of Centaurs Chiron (2060) and Chariklo (1997 CU26), and of sungrazing comets. From this analysis, we find that: (i) the geometric albedo of Centaurs is 0.07-0.11 which is higher than the geometric albedo of LPC (Long Period Comets) and SPC (Short Period Comets) which is 0.04-0.07, (ii) a low albedo is not incompatible with the presence of water ice on the surface, (iii) the thermal inertia of the nucleus is low and is <3 J/K/m2/s1/2, (iv) the perihelion distance, combined with water ice sublimation, is not sufficient to explain the radius differences between sungrazing comets (<0.11 km), SPC (0.6-2.4 km), LPC (3-38 km) and Centaurs (71-118 km), (v) the formation of a crust on the surface of the SPC is highly probable and can explain the variations of the water production rate with the heliocentric distance, and (vi) the activity on the surface of cometary nuclei is not necessarily localized in a few active regions; the activity of small SPC ($\sim$1\ts km) is distributed all over their surface. Localized active regions, as implied by the presence of jets in the coma, only exist on a minority, mostly large, nuclei.
L'étude des noyaux cométaires est primordiale pour comprendre la formation et l'évolution du système solaire. Cette thèse présente plusieurs méthodes et modèles pour déterminer leurs propriétés physiques (rayon, albédo géométrique, inertie thermique et fraction de surface active) à partir des observations visibles, infrarouges et des mesures de taux de production de l'eau, et pour quantifier l'activité à leur surface. Nous étudions le noyau des comètes Hale-Bopp (C/1995 O1), 55P/Tempel-Tuttle, 126P/IRAS, 103P/Hartley 2, 22P/Kopff, 46P/Wirtanen, IRAS-Araki-Alcock (C/1983 H1) et 2P/Encke, celui des Centaures Chiron (2060) et Chariklo (1997 CU26) et celui des comètes rasantes. De cette étude, il ressort que: (i) l'albédo géométrique des Centaures vaut 0.07-0.11 et est supérieur à celui des LPC (comètes à longue période) et des SPC (comètes à courte période) qui vaut 0.04-0.07, (ii) un albédo faible n'est pas incompatible avec la présence de glace d'eau en surface, (iii) l'inertie thermique du noyau est faible et vaut <3 J/K/m2/s1/2, (iv) la distance du périhélie, combinée à la sublimation de la glace d'eau, n'est pas un argument suffisant pour expliquer la différence de rayon entre les comètes rasantes (<0.11 km), les SPC (0.6-2.4 km), les LPC (3-38 km) et les Centaures (71-118 km), (v) la formation d'une croûte sur les SPC est très probable et peut expliquer les variations du taux de production de l'eau avec la distance héliocentrique, et (vi) l'activité à la surface des noyaux cométaires n'est pas nécessairement confinée à quelques régions actives; les SPC de petite taille (~1 km) ont une activité répartie sur toute leur surface. Les zones actives localisées, associées à la présence de jets dans la coma, existent seulement sur une minorité d'objets, les plus gros.
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