Bennu et Ryugu, deux astéroïdes taillés comme des diamants dans le Système solaire

Des scientifiques du Collège doctoral de science et technologie d'Okinawa (Oist) et de l'Université Rutgers ont utilisé des concepts simples de la physique granulairegranulaire pour expliquer la curieuse forme de diamant de deux astéroïdes proches de la Terre.

Ces deux astéroïdes, Bennu et Ryugu, ont été explorés par une sonde spatiale, respectivement Osiris-RExOsiris-REx et HayabusaHayabusa 2, ce qui facilite leur étude. Ces deux astéroïdes en forme de diamant sont des « tas de gravats », ce qui signifie qu'ils sont constitués de nombreux petits morceaux de matériaux rocheux qui sont lâchement maintenus ensemble par gravité. Ce sont ainsi essentiellement des grains qui interagissent les uns avec les autres, comme le sablesable de nos plages.

Comparaison de Ryugu (à gauche) avec Bennu (à droite), plus petit. © Emily Lakdawalla, Jaxa, Nasa

Tapan Sabuwala, premier auteur de l'article publié dans Granular Matter et chercheur à l'unité de mécanique des fluides de l'Oist, explique : « Les modèles précédents attribuaient cette forme de diamant aux forces causées par la rotation, qui ont entraîné le déplacement de la matière des pôles vers l'équateuréquateur. Mais, lorsque les astéroïdes étaient simulés à l'aide de ces modèles, la forme était aplatie ou asymétriqueasymétrique plutôt qu'en diamant, donc nous savions que quelque chose n'allait pas. Nous avons découvert qu'il manquait à ces modèles un ingrédient clé, le dépôt de matière. Et un simple modèle de physiquemodèle de physique granulaire, normalement utilisé pour le dépôt de grains comme le sable ou le sucresucre, put prédire la forme observée ».

Des châteaux de sable aux astéroïdes

Imaginez que vous versez du sable ou du sucre dans un entonnoir, un cocktail de forces différentes fera en sorte qu'il forme un tas conique. Les physiciensphysiciens spécialistes de la matière granulaire peuvent prédire la forme du tas en fonction des différentes forces qui agissent sur les grains. Le Dr. Sabuwala, aux côtés du professeur Pinaki Chakraborty, qui dirige l'unité, et du professeur Troy Shinbrot, de l'Université Rutgers, a transféré ces idées aux astéroïdes.

Tapan Sabuwala précise que, sur ces astéroïdes, la gravité est orientée différemment par rapport à celle ressentie par un tas de sable sur une plage et qu'il a donc « fallu en tenir compte dans notre modèle, parallèlement au fait que la rotation de l'astéroïde joue également un rôle important ».

L'astéroïde Bennu, à gauche, comparé à une simulation utilisant le modèle des scientifiques de l'Oist et de l'Université Rutgers. Comme on peut le voir, la forme de la simulation correspond à celle de Bennu. © Sabuwala et al., 2021

Ainsi, à la place de la forme conique observée dans l'accumulation de grains sur Terre, les forces à l'œuvre sur les astéroïdes ont produit des formes de diamant. La force centrifugeforce centrifuge, causée par la rotation, a diminué près des pôles des astéroïdes, provoquant une accumulation de matière à cet endroit et produisant leur forme distinctive. Une autre distinction importante de ce modèle (par rapport aux précédents) est qu'il suggère que ces « tas de gravatsgravats » n'ont pas commencé comme une sphère qui se serait déformée en forme de diamant. Au contraire, l'accumulation de débris a conduit à cette forme de diamant très tôt dans la formation de l'astéroïde, et tout remodelage ultérieur a été minime. De plus, l'idée que ces formes de diamant ont été produites pendant les premiers stades de la formation de l'astéroïde, bien qu'elle soit en contradiction avec les modèles précédents, est cohérente avec les observations récentes.

Les chercheurs ont ensuite montré la précision de ce modèle par le biais de simulations et ont découvert que les astéroïdes simulés acquéraient cette forme distinctive de diamant, renforçant leur théorie.