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La Ceinture des astéroïdes

Les astéroïdes d'origine interstellaire (V)

Le dome abritant le télescope Pan-STARRS PS1 de 1.8 m de diamètre installé au sommet de l'Haleakala à Hawaii. Document Rob Ratkowski/STScI.

Oumuamua, un visiteur temporaire

Le 19 octobre 2017, grâce au télescope Pan-STARRS PS1 de 1.8 m installé à Hawaii, les astronomes découvrirent ce qui était apparemment une nouvelle comète cataloguée C/217 U1. Mais grâce au VLT, on découvrit qu'elle n'avait pas de chevelure et fut recataloguée A/2017 U1, c'est-à-dire parmi les astéroïdes. Lors de sa découverte l'objet était à 0.2 UA du Soleil et venait de passer au périhélie.

Mais sur base d'une trentaine de mesures de sa trajectoire, les astronomes ont réalisé que ce visiteur ne reviendrait jamais. En effet, cet objet qui provient de la direction de Véga dans la constellation de la Lyre, présente une orbite hyperbolique avec une excentricité e ≈ 1.196. Selon certains astronomes dont Raul de la Fuente Marcos de l'Université Complutense de Madrid qui étudia ses éléments orbitaux, il proviendrait de l'espace interstellaire.

L'équipe de Pan-STARRS proposa à la section MPC de l'UAI de le nommer 1I/ʻOumuamua, un mot d'origine hawaïenne signifiant l'éclaireur ou plus poétiquement "le messager envoyé d'un lointain passé pour nous tendre la main". Le 6 novembre 2017, l'UAI officialisa ce changement de dénomination qui est dorénavant 1I/2017 U1, "i" qualifiant son origine interstellaire.

Ceci dit, la trajectoire d'Oumuamua peut toujours s'expliquer comme le résultat des innombrables perturbations dans le Nuage de Oort, avec des planètes voire même avec les étoiles proches. Ainsi, en 1980 la comète C/1980 E1 (Bowell) présentait également une forte excentricité (1.057) mais c'est Jupiter qui perturba sa trajectoire et la plaça sur cette orbite hyperbolique.

Selon Eric Gaidos de l'Université d'Hawaii et ses collègues qui étudient Oumuamua, sachant que l'effet de fronde gravitationnelle du Soleil a pu fortement dévier sa trajectoire, il a très bien pu l'envoyer dans une direction très différente de celle qu'il suivait originellement. Et de fait, sa trajectire fut pratiquement déviée à angle droit comme le montre cette vidéo de la NASA. En théorie, il est toujours possible qu'un petit corps provienne de l'espace interstellaire mais étant donné que ses paramètres orbitaux ne permettent pas de trancher la question, il faudrait retracer sa trajectoire et donc continuer à l'observer, ce que Gaidos et ses collègues continuent à réaliser.

Les premières simulations indiquent que l'objet se serait formé dans un disque protoplanétaire de la jeune association stellaire du Carène ou de la Colombe il y a 45 millions d'années et fut éjecté à faible vitesse (1-2 km/s) pendant ou peu après la formation d'une exoplanète dans la ligne de glace. Ce scénario prédit que d'autres astres de ce type pourraient visiter le système solaire sous le même radiant.

A gauche, la trace de 1I/2017 U1 (le point au centre) qui était encore catalogué A/2017 U1 photographié le 20 octobre 2017 par les amateurs Paulo Holvorcem et Michael Schwartzle. A droite, le spectre de A/2017 U1 obtenu grâce au télescope William Herschel de 4.2 m installé à La Palma. Documents Pan-STARRS et Alan Fitzsimmons/QUB.

L'autre solution consiste à procéder à une analyse chimique et notamment mesurer ses rapports isotopiques et les comparer à ceux de comètes et d'astéroïdes connus, mais c'est très difficile à réaliser, d'autant moins sur un objet à peine visible (magnitude 19.5 fin octobre et inférieure à 24 en décembre 2017) et qu'on ne reverra plus jamais. Les astronomes ont donc rapidement procédé à des analyses complémentaires tant que l'objet était à portée des grands télescopes.

Des analyses spectrales réalisées l'équipe d'Alan Fitzsimmons de la Queen's University de Belfast (QUB) et par l'équipe de Karen Meech de l'Institut d'Astronomie d'Hawaii qui l'étudie avec le télescope Gemini indiquent qu'Oumuamua présente une coloration rougeâtre comme les KBO. Sa surface pourrait être similaire à celle des comètes ou des astéroïdes riches en matière organique qu'on trouve dans le système solaire. Il est dense, glacé, peut-être rocheux ou riche en métaux. Les données obtenues grâce au spectrographe FORS du VLT de l'ESO indiquent qu'Oumuamua présente une magnitude absolue H ≈ 22 pour un albedo de 0.04, ce qui correspond à un diamètre de 110 à 240 m ou un peu supérieur et tourne sur lui-même en près de 7.4 heures. Dans un article parut dans la revue "Nature" Meech ajouta qu'Oumuamua serait très allongé, avec un rapport des axes de 10:1 et un rayon moyen d'environ 102 ±4 mètres (il mesure donc environ 100x10 m mais il peut dépasser 300 m).

Selon Meech, très peu d'objets du système présente une courbe lumineuse aussi extrême et sa présence suggère que les estimations précédentes de la densité d'objets interstellaire étaient pessimistes.

A voir : Conception artistique d'Oumuamua, ESO

Dégazage d'Oumuamua, HubbleSite

A gauche, représentation du dégazage d'Oumuamua observé en 2018. Cliquer sur l'image pour lancer l'animation (MP4 de 314 KB). A droite, illustration de l'objet en phase inactive en 2017. Documents NASA/ESA/STScI et ESO/M. Kornmesser.

Dans un bref rapport publié par la NASA et la revue "Nature" en 2018, les astronomes de l'ESA et du JPL qui surveillent l'évolution des NEO ont rapporté qu'Oumuamua avait subit une accélération inattendue et changea de trajectoire après son passage dans le système solaire quelques mois plus tôt. Davide Farnocchia du CNEOS du JPL conclut que le comportement d'Oumuamua en 2018 correspond à celui d'une comète : "Cette force subtile supplémentaire exercée sur Oumuamua est probablement provoquée par des jets de matière gazeuse expulsés de sa surface. Ce même type de dégazage affecte le mouvement de nombreuses comètes dans notre système solaire."

Selon Meerch et ses collègues, ce dégazage aurait éjecté une très petite quantité de poussière, suffisante pour donner une impulsion à l'astéroïde mais pas assez pour être détectée. Cette libération de poussière érodent la surface d'Oumuamua et change sa dynamique à mesure qu'il traverse l'espace interstellaire.

En juin 2018 Oumuamua s'éloignait du système solaire à la vitesse de 31.2 km/s (contre 25 km/s en novembre 2017). Selon le planning des observations, il est suivi par les astronomes grâce aux télescopes du CFHT, PAN-STARRS, Gemini Sud, les VLT et le Télescope Spatial Hubble parmi d'autres.

L'astéroïde 2015 BZ509, un résident permanent

Contrairement à Oumuamua qui n'a fait que traverser le système solaire, en 2015 les astronomes ont découvert un nouvel astéroïde co-orbital avec Jupiter catalogué 514107 alias 2015 BZ509. Il s'agit d'un petit corps de magnitude absolue (H) de 14.7, ce qui correspond à une taille d'environ 4 à 6 km. Son orbite particulière a suscité la curiosité des astronomes Fathi Namouni et Helen Morais qui voulurent comprendre pourquoi cet objet gravitait sur une orbite rétrograde qui plus est, en résonance avec celle de Jupiter, aussi inclinée et excentrique (d=5.14 UA, e=0.38 et i=163°). Les résultats de leur étude furent publiés dans les "MNRAS" en 2018.

A voir : Animation de l'orbite de 2015 BZ509, S&T

Images de l'astéroïde 2015 BZ509 enregistrées à l'Observatoire du Grand Télescope Binoculaire (LBTO de 2x 8.4m) grâce auquel les astronomes ont pu déterminer sa nature co-orbitale rétrograde. Cliquer sur l'image pour lancer l'animation (GIF de 980 KB). Document C.Veillet/LBTO.

Après avoir simulé les trajectories d'un million d'astéroïdes clones en interaction avec Jupiter et recherché dans le passé jusqu'à 4.5 milliards d'années l'orbite la plus stable, ils sont arrivés à la conclusion que cet astéroïde a toujours eu une orbite rétrograde. En assumant qu'à l'époque tous les astres gravitaient dans le même sens autour du Soleil, les chercheurs ont conclu que cet astéroïde n'est pas né dans le système solaire mais fut capturé par Jupiter lors du passage rapproché d'un système stellaire voisin lorsque celui-ci était très dense. Cet astéroïde est aujourd'hui un membre permanent du système solaire.

Si cette théorie est plausible, l'astronome Scott Tremaine aujourd'hui à l'Institute for Advanced Study considère que la probabilité d'une telle capture est extrêmement faible et l'explication dès lors peu réaliste. Pour sa part, le planétologue russe Konstantin Batyguine qui cherche avec Michael E. Brown l'hypothétique 9e planète rappelle que celle-ci perturbe les trajectoires de tous les astres du système solaire et en particulier des plus petits et peut parfaitement influencer cet astéroïde et l'avoir placé sur une orbite rétrograde. Ces deux explications ne sont évidemment que des spéculations.

Prochain chapitre

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