Pierre Vernazza nous présente les 42 plus gros astéroïdes de la Ceinture principale qu'il a étudié

Grâce au Very Large TelescopeVery Large Telescope de l'Observatoire européen austral (VLT de l'ESO) installé au Chili, des astronomesastronomes ont acquis les images de 42 des objets les plus proéminents de la ceinture d'astéroïdes située entre Mars et JupiterJupiter. Cet échantillon d'astéroïdes est le plus étendu et le mieux résolu dont nous disposions à ce jour. Ces images ont été acquises par l'instrument Sphere qui a pour principal objectif de détecter et de caractériser, au moyen de l'imagerie directe, des exoplanètes géantes en orbite autour d'étoiles proches.

Cette campagne d'observations d'apparence anodine est d'un intérêt scientifique bien plus grand qu'il y paraît. En effet, l'acquisition, au moyen des télescopestélescopes terrestres, des images détaillées de ces 42 objets « constitue une formidable avancée dans l'étude des astéroïdes, et contribue à répondre à la question de la Vie, de l'UniversUnivers, et du Tout », explique l'ESO dans son communiqué de presse.

« Jusqu'à présent, seuls trois grands astéroïdes de la ceinture principale, CérèsCérès, VestaVesta et Lutétia, avaient été imagés avec un niveau de détail élevé, lorsque leurs chemins avaient croisé celui des sondes spatiales Dawn de la NasaNasa et Rosetta de l'Agence spatiale européenneAgence spatiale européenne », précise Pierre Vernazza du Laboratoire d'AstrophysiqueAstrophysique de Marseille (France) et auteur principal de l'étude sur les astéroïdes publiée dans la revue Astronomy & Astrophysics. 

Des plus grands, Cérès et Vesta, aux plus petits, Urania et Ausonia

La plupart des 42 objets composant leur échantillon présentent des dimensions supérieures à 100 kilomètres. L'équipe a notamment imagé la quasi-totalité des astéroïdes de taille supérieure à 200 kilomètres - 20 sur les 23 recensés. Les deux objets les plus imposants de l'étude sont Cérès et Vesta dont les diamètres avoisinent les 940 et 520 kilomètres. À l'opposé, Urania et Ausonia, dont les diamètres n'excèdent pas les 90 kilomètres, constituent les deux plus petits astéroïdes de l'échantillon. En combinant les formes des astéroïdes avec les informations concernant leurs massesmasses, l'équipe a pu constater la grande diversité de densités au sein de l'échantillon. Les quatre astéroïdes présentant la plus faible densité, parmi lesquels figurent Lamberta et Sylvia, affichent des densités voisines de 1,3 gramme par centimètre cube - proches de celle du charboncharbon. Les astéroïdes les plus denses en revanche, tels Psyche et Kalliope, affichent des densités de 3,9 et 4,4 grammes par centimètre cube, soit des valeurs supérieures à la densité du diamantdiamant (3,5 grammes par centimètre cube).

En reconstruisant les formes des objets, l'équipe s'est aperçue que les astéroïdes étudiés se répartissaient en deux groupes distincts. Certains présentent un aspect quasi parfaitement sphérique, tels Hygiea et Cérès. D'autres, en revanche, arborent une forme particulière, étirée, à l'image de Kleopatra, semblable à un os de chienchien.

Cette grande disparité en matièrematière de densité suggère de réelles différences de composition entre les astéroïdes de l'échantillon, et offre aux astronomes d'importants indices concernant leurs origines respectives. Les astéroïdes caractérisés par une moindre densité se seraient formés au sein des régions les plus reculées, soit au-delà de l'orbite de NeptuneNeptune, puis auraient migré en direction de leurs emplacements actuels.

Sur cette image, figurent 42 des objets les plus imposants de la ceinture d’astéroïdes située entre Mars et Jupiter. La plupart d’entre eux ont des dimensions supérieures à 100 kilomètres – Cérès et Vesta, avec leurs diamètres voisins de 940 et 520 kilomètres, constituent les astéroïdes les plus proéminents. À l’opposé, figurent Urania et Ausonia, dont les diamètres n’excèdent pas les 90 kilomètres. Les images des astéroïdes ont été acquises au moyen de l’instrument Sphere installé sur le VLT de l’ESO. © ESO/M. Kornmesser/Vernazza et al., Mistral algorithm (Onera/CNRS)

La parole à Pierre Vernazza, du Laboratoire d'Astrophysique de Marseille (France) et auteur principal de l'étude sur les astéroïdes publiée ce jour au sein de la revue Astronomy & Astrophysics.

Futura : Pourquoi 42 astéroïdes et pas 50 ou 100 par exemple ?

Pierre Vernazza : L'idée était de bien échantillonner les diverses classes de composition. C'est ce que nous sommes arrivés à faire. On visait environ 40 objets, on a réussi à en observer 42 (ce chiffre est un hasard, cela aurait pu être 41 ou 44).

Le 43e plus grand astéroïde est-il trop petit pour l’instrument Sphere ?

Pierre Vernazza : Non, du tout. Il y a plus de 40 astéroïdes que l'on aurait pu encore observer.

En quoi ces images sont une « formidable avancée dans l’étude des astéroïdes, et contribuent à répondre à la question de la Vie, de l’Univers, et du Tout » ?

Pierre Vernazza : Avec les instruments des générations précédentes, seuls Cérès et Vesta ont pu être observés avec un niveau de détail suffisant pour reconstruire correctement leur forme. Avec Sphere, c'est une centaine d'astéroïdes que l'on peut potentiellement caractériser.

Avec cette série de clichés, quelles sont les découvertes les plus surprenantes ?

Pierre Vernazza : Il y en a plusieurs. Je pense notamment à la forme sphérique de (10) Hygiea alors que cet objet a subi un impact géant à l'origine de sa vaste famille ou à la surface très cratérisée de (2) PallasPallas qui peut s'expliquer par sa forte inclinaison.

À partir de ces photos, quelle est la découverte, s'il y en a une, qui vous pose un problème d’interprétation ou de compréhension ?

Pierre Vernazza : La forme relativement sphérique de (31) Euphrosyne qui ne colle pas avec sa période de rotationpériode de rotation courte (<6 h). On s'attendrait à un ellipsoïde allongé, il n'en est rien.

D'un point de vue scientifique, qu'y a-t-il d'autre à dire qui n’est pas précisé dans le communiqué de l’ESO ?

Pierre Vernazza : On propose une nouvelle idée dans l'article qui n'est pas reprise dans le communiqué, à savoir qu'une fraction importante des astéroïdes dits de type C (comme Cérès ou Hygiea) pourrait être directement liée aux astéroïdes de type P/D et ils seraient donc au même titre que ces derniers des objets transneptuniens (TNO, ou objets de Kuiper) implantés. Jusqu'à présent, les modèles n'ont considéré que les types P et D comme étant des TNOs implantés. Ainsi, une fraction importante de la ceinture pourrait provenir de régions lointaines de notre Système solaireSystème solaire.

Quelle est l'étape suivante de votre travail ?

Pierre Vernazza : Dans un avenir proche, continuer à utiliser Sphere pour partir à la recherche de nouveaux astéroïdes multiples. Notre programme a permis la découverte d'une lunelune autour de (31) Euphrosyne - il est certain qu'on découvrirait de nouvelles lunesnouvelles lunes autour d'autres gros astéroïdes (avec des diamètres inférieurs à 80 kilomètres) qui n'ont pas été imagés par notre programme. Dans un avenir plus lointain, nous prévoyons d'utiliser l'ELT (Extremely Large TelescopeExtremely Large Telescope) pour observer des objets plus loin dans notre Système solaire dont les TroyensTroyens et les objets transneptuniens.

L'ELT et son miroir de 39 mètres permettra-t-il des avances significatives ?

Pierre Vernazza : Oui. Non seulement il nous permettra d'étudier des astéroïdes plus petits, mais aussi d'étudier des cratères de dimensions comprises entre 10 et 25 kilomètres. Nous serons en mesure d'acquérir les images détaillées d'un plus grand nombre d'astéroïdes lorsque cet observatoire sera mis en service à la fin de cette décennie. Disposer d'un instrument tel que Sphere sur l'ELT nous permettrait même d'imager un semblable échantillon d'objets au sein de la ceinture de Kuiperceinture de Kuiper. En d'autres termes, nous serons en mesure de caractériser l'histoire géologique d'un échantillon plus étendu de petits corps depuis la surface de la Terre.

Nous avons appris que l’ESA n’avait pas sélectionné votre projet de mission à destination de Cérès. D'autres propositions de missions sont à l'étude ?

Pierre Vernazza : L'ESA a jugé l'objectif scientifique comme trop ambitieux compte tenu des technologies qu'elle maîtrise actuellement. Mon objectif est de continuer à me battre pour faire passer une mission de petits corps à l'avenir, possiblement via un partenariat avec une agence étrangère. Apres la mission de classe S de l'ESA Comet Interceptor, le paysage est vide côté Europe dans le domaine des petits corps. Pour rappel, en 2019, j'avais écrit un « white paper » en réponse à l'appel de l'ESA pour les missions 2035-2050.