Comment l'astéroïde Arrokoth a obtenu cette forme bilobée aplatie

Lorsque New HorizonsNew Horizons a survolé Arrokoth, un des aspects les plus surprenants qu'elle a révélés fut la forme de bonhomme de neige aplati du transneptunien. ArrokothArrokoth est en effet un binairebinaire à contact, avec un petit lobe légèrement aplati et un grand qui l'est fortement. On suppose que cette forme est le résultat de la fusion à faible vitesse de deux corps séparés qui se sont formés et rapprochés.

Dans un nouvel article publié ce 5 octobre dans Nature Astronomy, des chercheurs de Chine, d'Allemagne et des États-Unis ont étudié comment cette forme est née. Cette forme bilobée se trouve aussi sur d'autres corps, comme l'astéroïde (4769) Castalie ou la célèbre comète 67P/Tchourioumov-Guérassimenko. Cependant, aucun autre corps connu n'est aussi plat qu'Arrokoth. Arrokoth ressemblait-il donc déjà à cela lors de sa formation, ou sa forme s'est-elle développée progressivement ?

Aplati par son dégazage

« Nous aimons penser que la ceinture de Kuiper est une région où le temps s'est plus ou moins arrêté depuis la naissance du Système solaire », explique Ladislav Rezac, chercheur à l'Institut Max-PlanckPlanck de recherche sur le Système solaireSystème solaire et un des deux premiers auteurs de l'étude. Cependant, les images d'Arrokoth obtenues par New Horizons remettent en question cette idée étant donné sa surface apparemment lisse sans signes d'événements de cratérisation fréquents et sa forme aplatie particulière. Les scientifiques supposent que le Système solaire s'est formé il y a 4,6 milliards d'années à partir d'un disque de poussières : les particules de cette nébuleusenébuleuse se sont agglomérées en amas de plus en plus grands, puis ces amas sont entrés en collision et ont fusionné en des corps encore plus grands. Cependant, selon Rezac, ce processus ne permet pas d'expliquer la forme aussi plate d'Arrokoth.

Une autre possibilité est qu'Arrokoth avait initialement une forme plus ordinaire. Il pourrait être le résultat de la fusion d'un corps sphérique avec un corps aplati et ne se serait aplati que progressivement. Selon des études antérieures, pendant la formation du Système solaire, la région où se trouve Arrokoth aurait pu être un environnement distinct dans le plan médian froid et ombragé par la poussière de la nébuleuse externe. Les basses températures ont permis à des substances volatiles telles que le monoxyde de carbonemonoxyde de carbone et le méthane de geler sur les grains de poussière et de composer des planétésimaux. Lorsque la poussière de la nébuleuse s'est dissipée après la formation d'Arrokoth, la lumièrelumière du SoleilSoleil aurait augmenté sa température et donc rapidement chassé les espècesespèces volatiles condensées. La forme étrange d'Arrokoth serait alors un résultat naturel en raison d'une combinaison favorable de sa grande obliquitéobliquité, de sa faible excentricitéexcentricité et de la variation de son taux de perte de massemasse avec le flux solaire, entraînant une érosion presque symétrique entre les hémisphères nordhémisphères nord et sud.

Instantanés de la simulation numérique de l’évolution de la forme de l'analogue d'Arrokoth en raison de la perte de masse provoquée par la sublimation. La forme la plus basse est un modèle numérique du terrain dérivé des observations de New Horizons. La couleur représente les températures moyennes sur une seule orbite. Le rouge correspond aux régions chaudes et le bleu aux régions plus froides. © PMO, MPS

L'axe de rotation d'Arrokoth

« Pour qu'un corps change de forme aussi extrêmement qu'Arrokoth, son axe de rotation doit être orienté d'une manière spéciale », explique Rezac. Contrairement à l'axe de rotation de la Terre, celui d'Arrokoth est presque parallèle au plan orbital.

Au cours de son orbiteorbite de 298 ans autour du Soleil, une région polaire d'Arrokoth fait donc face au Soleil en continu pendant près de la moitié du temps, tandis que l'autre est tournée vers l'extérieur. Les régions de l'équateuréquateur et des latitudeslatitudes inférieures sont dominées par des variations diurnesdiurnes tout au long de l'année. Les pôles chauffent donc plus et les gazgaz gelés s'échappent donc plus efficacement de là, ce qui entraîne une grande perte de masse. Le processus d'aplatissementaplatissement s'est très probablement produit au début de l'histoire de l'évolution du corps et s'est déroulé assez rapidement, sur une échelle de temps d'environ un à cent millions d'années, lorsque des glaces supervolatiles étaient présentes dans les couches souterraines proches de la surface. De plus, les scientifiques ont démontré de manière cohérente que les couples induits joueraient un rôle négligeable dans le changement d'état de rotation du planétésimal pendant la phase de perte de masse.