Les formes en toupie de Ryugu et Bennu expliquées par Patrick Michel, spécialiste des astéroïdes

Lorsqu'en juin 2018 la sonde japonaise Hayabusa-2Hayabusa-2 rejoint l'astéroïde Ryugu et que l'américaine Osiris-RexOsiris-Rex atteint Bennu en décembre 2018, les astronomesastronomes découvrent deux petits mondes fascinants en forme de toupie. Les images « des astéroïdes RyuguRyugu et Bennu (de 1 kilomètre et 500 mètres de diamètre, respectivement) nous ont permis de découvrir deux nouveaux petits mondes fascinants qui présentent pourtant des similarités très surprenantes », nous explique Patrick Michel, directeur de recherche au CNRS à l'Observatoire de la Côte d'Azur et membre des équipes scientifiques de ces deux missions. La question de l'origine de cette forme de toupie, commune à ces deux astéroïdes, a rapidement été posée par les astronomes, soucieux de comprendre quel mécanisme naturel a pu façonner de telles formes.

Dans un article publié dans Nature Communications, Patrick Michel, Ronald-Louis Ballouz et leurs collaborateurs, dont Brian May, astrophysicienastrophysicien et célèbre guitariste du groupe de rock Queen, présentent des simulations numériquessimulations numériques de destructions de gros astéroïdes, telles qu'elles se produisent dans la ceinture des astéroïdes, entre Mars et JupiterJupiter.

Ces simulations numériques ont été réalisées avec des outils informatiques « bien plus puissants en calcul que de précédentes simulations » avec à la clé des réponses à de nombreuses questions que se posent les astronomes sur l'histoire de ces deux astéroïdes, leur origine et leurs propriétés telles que la forme, la densité et le degré d'hydratation notamment. Concernant leur forme, ces simulations montrent qu'elle est le « résultat immédiat de leur formation lors de la destruction de leur corps parent », souligne Patrick Michel.

Paires d’images stéréos effectuées par Brian May et Claudia Manzoni à partir des modélisations numériques d’impact montrant les premiers instants après la destruction d’un astéroïde avant que les fragments ne s’échappent et se réagglomèrent pour former des agrégats. Les couleurs indiquent l’échauffement produit par l’impact (du rouge au bleu, du plus au moins élevé), montrant que certains matériaux subissent de l’échauffement (rouge) et d’autres pas (bleu). Pour être vue en 3D, la paire appelée « parallel view » doit être regardée en vision parallèle, celle appelée « cross-eye view » doit être visualisée en vision croisée. © Brian May et Claudia Manzoni

Des fragments d’astéroïdes peuvent se réagglomérer et prendre la forme de toupies

Des études précédentes ont montré que ce type de forme peut être expliqué par un « effet thermique, appelé Yorp, qui peut accélérer la vitesse à laquelle un astéroïde tourne sur lui-même ». Lors de cette accélération, si l'astéroïde a une forme proche d'une sphère et qu'il a une structure en agrégat, le « matériau situé vers les pôles peut descendre vers l'équateuréquateur et s'y accumuler pour former un bourrelet équatorial donnant la forme de toupie à l'astéroïde ». Cet effet nécessite toutefois « plusieurs millions d'années pour produire une telle forme, en supposant qu'il ne cesse d'être actif ».

Or, comme le montrent les images des sondes de la Nasa et de la Jaxa, de « gros cratères d'impact sont présents sur les bourrelets équatoriaux de Ryugu et Bennu », ce qui nécessite que ces bourrelets aient été créés avant que des impacts produisent ces cratères, donc « très tôt dans l'histoire des deux objets ». Les astronomes ont donc poussé leur modélisationmodélisation de destruction/réagglomération pour calculer la forme des agrégats finalement produits par la destruction d'un gros astéroïde et vérifier si cette forme pouvait être le produit immédiat de la réagglomération à leur origine. « Nous avons alors trouvé qu'effectivement de telles formes de toupie peuvent être créées », indique Patrick Michel. « Nous avons aussi identifié les conditions d'impact et les paramètres mécaniques des agrégats les plus favorables à l'aboutissement à une telle forme », précise Ron Ballouz, deuxième auteur principal de cette étude. Ces résultats permettent ainsi de résoudre le paradoxe initial, reposant sur l'effet Yorpeffet Yorp, qui nécessite un temps long pour produire cette forme, une fois les objets créés, et la présence des gros cratères qui nécessitent que cette forme soit acquise très tôt dans l'histoire des deux objets.