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L'intérieur de l'astéroïde Itokawa révélé grâce à l'effet YORP

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Pour la première fois, il a été possible de déterminer de façon assez précise les variations de densité de matière à l'intérieur d'un astéroïde. Il s'agit de (25143) Itokawa. Les données accréditent l'idée qu'il s'est formé à la suite de la collision de deux astéroïdes, plus petits et de compositions différentes, qui auraient fusionné. Voilà de quoi contraindre les modèles d'accrétion expliquant la formation du Système solaire et mieux préparer des missions destinées à dévier ou exploiter des astéroïdes.

L’astéroïde géocroiseur (25143) Itokawa est doté d'une forme étrange, semblable à celle d'une cacahuète, comme le montre cette image prise en 2005 par la sonde japonaise Hayabusa. En mesurant pendant plus de dix ans les variations de luminosité d’Itokawa au cours de sa rotation, il a été possible de détecter une lente dérive de sa vitesse de rotation. Remarquablement, on peut déduire de la forme de l’objet et de cette variation de vitesse des estimations sur sa densité. © Jaxa

Les astéroïdes sont dans l'air du temps. Il est vrai que l'on peut lire dans leur mémoire l'histoire de la formation du Système solaire et les relier à l'origine et au destin de l'humanité. Ils ont contribué à apporter l'eau des océans et les molécules prébiotiques nécessaires à l'apparition de la vie. En provoquant la quasi-extinction des dinosaures, ils ont laissé le champ libre aux mammifères dans la biosphère.

Mais comme le rappelle la météorite de Tcheliabinsk, ils font aussi peser une menace sur les populations humaines. D'autres, tel Peter Diamandis, n'ont pas une vision aussi pessimiste des géocroiseurs, car ils pensent qu'ils contribueront à une ère d'abondance pour l'Homme quand il exploitera les astéroïdes.

Vue d'artiste du périple de l'astéroïde Itokawa autour du Soleil. Sa rotation est affectée par la pression de la lumière qu'il reçoit et qu'il émet. © Eso, SpaceLibrary, YouTube

Pour toutes ces raisons, on cherche à mieux connaître les astéroïdes. Parmi les paramètres à déterminer pour les exploiter et surtout les dévier ou les détruire en cas de menace (par exemple avec des explosions nucléaires ou des rayons laser), on trouve ceux caractérisant leur structure interne. En utilisant des images collectées entre 2001 et 2013 avec le New Technology Telescope (NTT) de l'Eso qui équipe l'observatoire de La Silla au Chili, une équipe internationale d'astronomes vient d'estimer pour la première fois cette structure dans le cas de l'astéroïde (25143) Itokawa.

L'anatomie d'Itokawa, un astéroïde de type S

Ce petit corps céleste est célèbre depuis que la sonde japonaise Hayabusa nous en a livré des images rapprochées en 2005. Équipée d'un moteur ionique, la sonde est revenue sur Terre après s'être posée deux fois à la surface de l'astéroïde, dont elle a réussi à ramener quelques d'échantillons du sol (environ 1.500 grains d'une taille généralement inférieurs à dix micromètres). Pour la première fois, il a été possible d'analyser en laboratoire de la matière prélevée directement sur un astéroïde, alors qu'il fallait jusque-là se contenter d'étudier les météorites. Dans le cas d'Itokawa, une liaison claire entre sa composition et celle des chondrites ordinaires a été confirmée.

Créé à partie des images prises par la sonde Hayabusa, ce dessin illustre la composition inhomogène de l'astéroïde Itokawa. Deux zones de densité différente ont été indiquées en fausses couleurs. © Eso, Jaxa

Dans leur article à paraître dans la revue Astronomy & Astrophysics, les chercheurs expliquent qu'ils sont arrivés à déterminer des variations de densité dans la composition d'Itokawa. Elle varie de 1,75 à 2,85 grammes par centimètre cube, et révèle deux zones distinctes qui constituent Itokawa. Comme le laissait supposer la forme en cacahuète de l'astéroïde, il semble désormais encore plus probable qu'il résulte de la fusion de deux petits corps célestes. Comment les chercheurs sont-ils parvenus à cette conclusion sans avoir à leur disposition des carottes de l'intérieur d'Itokawa ?

Une clé pour l'exploitation des astéroïdes

La réponse : l'effet Yarkovsky-O'Keefe-Radzievskii-Paddack (YORP). Rappelons que cet effet se produit lorsque la lumière solaire est absorbée puis réémise par la surface d'un objet qu'elle chauffe. Le rayonnement thermique possède lui aussi une certaine quantité de mouvement, et il exerce donc des forces sur l'objet. Dans le cas d'un astéroïde de forme très irrégulière, la lumière n'est pas émise uniformément. Il en résulte qu'un faible couple s'exerce alors sur le corps et modifie sa vitesse de rotation. L'effet est faible : dans le cas d'Itokawa, il conduit à une variation de la période de rotation de 0,045 seconde par an. Cela a pourtant suffi aux chercheurs pour confirmer l'existence de deux zones de densités distinctes aux extrémités de l'astéroïde. On s'en doutait déjà d'après les mesures gravimétriques effectuées avec Hayabusa.

Selon l'un des auteurs de cette découverte, l'astronome Stephen Lowry« c'est la toute première fois que nous avons été en mesure d'explorer l'intérieur d'un astéroïde. Nous avons découvert toute la complexité de la structure interne d'Itokawa. Cette découverte constitue une étape importante dans notre compréhension des corps rocheux du Système solaire ». Et le chercheur ajoute que « découvrir que les astéroïdes sont caractérisés par des intérieurs inhomogènes est lourd de conséquences — pour les modèles de formation des astéroïdes binaires notamment. Cette découverte pourrait également permettre de réduire le risque de collision d'astéroïde avec la Terre, ou d'envisager de possibles expéditions futures sur ces corps rocheux ».

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