La fragmentation par rotation à l'origine des astéroïdes binaires

- communiqué de presse

Jeudi, 10 juillet 2008

Deux chercheurs du laboratoire CASSIOPEE (INSU-CNRS - Observatoire de la Côte d'Azur, Université de Nice)(1) en collaboration avec un chercheur de l'Université de Maryland (USA)(2) viennent de trouver par simulation numérique l'origine des astéroïdes binaires qui constituent 15% des deux populations d'astéroïdes, celle située entre Mars et Jupiter dans la Ceinture principale et celle croisant la trajectoire de la Terre. Un effet thermique est connu pour entraîner une augmentation de la vitesse de rotation d'un astéroïde. Lorsque celui-ci est un agrégat, l'accélération de sa rotation provoque un déplacement de matière des pôles vers l'équateur et un échappement de cette matière à l'équateur. Cette matière va de nouveau s'agréger pour former un satellite de l'astéroïde avec les propriétés observées. Ces travaux sont publiés dans la revue Nature du 10 juillet 2008.

Les astéroïdes binaires sont composés d'un corps central autour duquel tourne un petit satellite. Ces astéroïdes constituent 15% des populations des objets de la Ceinture Principale et des géocroiseurs, objets passant à proximité de la Terre. L'étude de la nature de la composition rocheuse de ces astéroïdes répond à une double problématique : mieux comprendre la structure des géocroiseurs qui nous "menacent", nous informer sur la composition initiale du Système Solaire que ces astéroïdes ont gardé en mémoire. L'existence d'astéroïdes binaires et leur origine peuvent nous révéler des informations sur les propriétés physiques de ces petits corps.

Ces astéroïdes doubles ont des propriétés bien caractéristiques : le corps central (dit "primaire") est en général presque sphérique, et le secondaire (le satellite) est sur une orbite presque circulaire autour du primaire. Des études montrent que des effets de marée peuvent casser un corps passant près d'une planète. Mais s'il y a formation d'un système binaire, d'une part ce système peut se déstabiliser rapidement lors d'un passage suivant, d'autre part la forme du primaire sera plutôt allongée, ce qui est contraire aux observations. Les effets de marée ne peuvent donc expliquer le fait que 15% des astéroïdes soient doubles avec un corps primaire de forme quasi-sphérique.

Dans l'article à paraître dans Nature le 10 juillet, les trois chercheurs montrent, par simulation numérique, qu'il existe un mécanisme très robuste pour former les astéroïdes binaires avec les bonnes propriétés : l'effet Yorp. Il s'agit d'un effet thermique, qui tient compte de l'éclairement du Soleil, de la forme de la surface de l'astéroïde, et du taux d'absorption du rayonnement par cette surface. Cet effet peut augmenter ou diminuer le taux de rotation des astéroïdes de taille kilométrique. Il a déjà été observé récemment sur deux astéroïdes géocroiseurs.

Les chercheurs ont donc simulé l'augmentation du taux de rotation d'un astéroïde due à cet effet, en représentant l'objet par un agrégat composé de sphères liées par gravité, hypothèse en accord avecdifférentes études et observations. Ils ont mis en évidence deux phénomènes lorsqu'un corps de ce type se met à tourner de plus en plus vite. Certaines particules descendent du pôle vers l'équateur etl'astéroïde perd de ces morceaux depuis son équateur, là où la force centrifuge est la plus élevée.

Ces particules, qui s'échappent, vont se réaccumuler pour former un satellite. Le primaire du fait de l'aplatissement de ses pôles, contrebalancé par l'échappement de matière au niveau de l'équateur, aura une forme approximativement sphérique. Les particules s'échappant, si elles sont constituées de matériaux suffisamment poreux, pourront se réaccumuler d'une manière stable. Le résultat final sera donc un astéroïde double, composé d'un primaire assez sphérique, d'un secondaire dont la taille par rapport à celle du primaire est similaire à celles observées, et dont l'orbite est aussi similaire aux observations. Le résultat final est même très similaire à l'image radar du binaire 1999 KW4.

L'effet YORP semble bien être à l'origine de la grande fraction des binaires observés. Mais ceci fait aussi apparaître que les objets binaires sont préférentiellement issus d'un agrégat, et non d'un monolithe, ce qui est en accord avec l'idée que ces astéroïdes sont poreux. Ceci a des implications fortes dans la définition des stratégies de défense pour faire face au risque d'impact. Un autre résultat très intéressant est que ce sont les particules de la surface du primaire, qui viennent du pôle et s'échappent de l'équateur, qui forment le secondaire. Ainsi on peut s'attendre à ce que la surface du primaire soit plus "fraîche" que celle du secondaire, comme si on lui enlevait sa première peau en laissant apparaître de la matière n'ayant pas subit d'interaction avec le milieu environnant. Ce serait donc très intéressant d'aller voir un tel objet, voir de récolter un échantillon, comme la mission Marco Polo en phase d'étude à l'Agence Spatiale Européenne se propose de le faire sur un astéroïde primitif, car ce serait une façon d'avoir des informations de sous-surface sans avoir à creuser !

Note(s): 
  1. Kevin Walsh, boursier Post-Doctoral Poincaré à l'Observatoire de la Côte d'Azur (OCA, INSU) et Patrick Michel, Chargé de Recherches au CNRS, responsable du groupe de Planétologie de l'UMR Cassiopée (INSU-CNRS, OCA, Université de Nice-Sophia Antipolis).
  2. Derek C. Richardson, Professeur au Département d'Astronomie de l'Université de Maryland (USA)
Source(s): 

"Rotational break-up as the origin of asteroid binaries", par Kevin Walsh, Derek C. Richardson, P. Michel. Nature, vol. 454, p.188 -191. 10 Juillet 2008.

Contact(s):
  • Patrick Michel, Laboratoire JL Lagrange (CNRS/Observatoire de la Côte d'Azur/Université Nice-Sophia Antipolis)
    patrick [dot] michel [at] obs-azur [dot] fr, +33 4 92 00 30 55

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