Image d’Hygiea acquise par Sphere. L’astéroïde pourrait bien être la plus petite planète naine du Système Solaire. © ESO, P. Vernazza et al., Mistral algorithm (Onera, CNRS)

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L'astéroïde Hygiea est sans doute une planète naine

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Des observations invitent les astronomes à classer l'astéroïde Hygiea parmi les planètes naines. Ses dimensions le situent en quatrième position des objets les plus gros de la Ceinture d'astéroïdes après Cérès, Vesta et Pallas.

En sa qualité d'objet de la Ceinture principale d'astéroïdes, (10) Hygie ou (10) Hygée satisfait d'emblée à trois des quatre conditions nécessaires pour le qualifier de planète naine : il orbite autour du Soleil, il n'est pas une lune et, à la différence d'une planète, il n'a pas nettoyé les environs de son orbite. La quatrième et dernière condition serait qu'il possède une masse suffisante pour que sa propre gravité lui confère une forme à peu près sphérique. Or, de nouvelles observations effectuées au moyen du VLT ont permis de lever cette inconnue.

« L'instrument Sphere installé sur le VLT (Very Large Telescope) possède des caractéristiques uniques qui en font l'un des systèmes d'imagerie les plus puissants au monde et ont permis de déterminer la forme d'Hygie -- une forme à peu près sphérique, déclare Pierre Vernazza, chercheur au LAM, le Laboratoire d'astrophysique de Marseille et auteur principal de l'étude qui vient de paraître dans la revue Nature AstronomySur la base de ces images, Hygie peut désormais être qualifié de planète naine la plus petite du Système solaire ».

L'équipe a également utilisé les observations de Sphere pour contraindre la taille d'Hygie et établir son diamètre à quelque 430 kilomètres. Pluton, la plus célèbre des planètes naines, est caractérisée par un diamètre voisin de 2.400 kilomètres. Quant à celui de Cérès, il avoisine les 950 kilomètres.

Comparaison d'Hygie avec les deux plus grands corps de la Ceinture d'astéroïdes : Vesta et la planète naine Cérès. © ESO, P. Vernazza et al., Mistral algorithm (Onera, CNRS)

Surprise : il manque un vaste cratère d’impact !

En outre, l'examen de sa surface a révélé qu'il ne présentait aucune trace d'un vaste cratère d'impact, comme attendu par les scientifiques. Pourtant Hygie est le principal membre de l'une des familles d'astéroïdes les plus étendues, car constituée de près de 7.000 membres originaires d'un seul et même corps-parent. Les astronomes s'attendaient à ce que l'événement ayant conduit à leur formation ait laissé une marque visible, profonde et étendue, à la surface d'Hygie.

« Ce résultat constitue une véritable surprise, ajoute Pierre Vernazza. Nous nous attendions en effet à constater la présence d'un vaste cratère d'impact, tel celui figurant à la surface de Vesta ». En réalité, seuls deux cratères ont pu être identifiés avec certitude sur les clichés couvrant 95 % de la superficie totale d'Hygie. « Aucun de ces deux cratères n'a pu résulter de l'impact ayant donné naissance à la famille d'astéroïdes d'Hygie, dont le volume avoisine celui d'un objet de 100 kilomètres de diamètre. Ils sont bien trop petits », précise Miroslav Brož, de l'Institut d'astronomie de l'université Charles de Prague en République tchèque, et co-auteur de l'étude.

Simulation de la fragmentation et du « réassemblage » qui a conduit à la formation de Hygie et de sa famille d’astéroïdes, suite à un impact avec un objet de grandes dimensions. © P. Ševeček, Charles University

Révélations sur les origines d’Hygie et sa famille d’astéroïdes

L'équipe a décidé de poursuivre ses investigations. Au moyen de simulations numériques, ils ont établi que la forme sphérique d'Hygie et sa grande famille d'astéroïdes résultent probablement d'une collision frontale majeure avec un gros projectile doté d'un diamètre compris entre 75 et 150 kilomètres. Leurs simulations retracent ce violent impact vraisemblablement survenu deux milliards d'années plus tôt et responsable de la destruction complète du corps-parent.

Après avoir réassemblé les pièces du puzzle, ils ont conféré à Hygie sa forme sphérique et l'ont doté de ses milliers d'astéroïdes compagnons. « La survenue d'une telle collision entre deux grands corps de la ceinture d'astéroïde est unique durant les trois à quatre derniers milliards d'années » explique Pavel Ševeček, doctorant à l'Institut d'astronomie de l'université Charles, qui a également participé aux recherches.

L'étude détaillée des astéroïdes est permise grâce aux avancées effectuées dans le calcul numérique et grâce à la mise en place de télescopes toujours plus puissants. « Grâce au VLT et à l'instrument d'optique adaptative de nouvelle génération Sphere, nous sommes désormais en mesure d'acquérir des clichés de la Ceinture d'astéroïdes dotés d'une résolution sans précédent, et donc de combler le vide entre les observations effectuées depuis le sol d'une part, les missions interplanétaires d'autre part », conclut Pierre Vernazza.

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