Astéroïdes Bennu et Ryugu : des diamants dans le ciel

Deux astéroïdes en forme de losanges en tas de décombres ont été observés près de la Terre et ont été photographiés par des engins spatiaux sans pilote en 2018 et 2019. Les scientifiques de l’OIST et de l’Université Rutgers ont utilisé un modèle simple normalement réservé au flux de grains pour expliquer leur forme inhabituelle. Dans cette image, une photographie de l’un des astéroïdes, Bennu, est montrée sur la gauche. Sur la droite, une simulation utilisant le modèle est montrée. Comme on peut le voir, la forme de la simulation correspond à celle de Bennu. Crédit : OIST

• Bennu et Ryugu sont deux astéroïdes en tas de décombres qui ont été récemment photographiés par des vaisseaux spatiaux sans pilote.
• Les deux astéroïdes ont une forme de diamant distinctive, dont la formation a intrigué les scientifiques.
• Maintenant, les chercheurs ont utilisé un modèle de physique granulaire simple, conçu pour expliquer le flux de grains comme le sable et le sucre, pour expliquer la forme globale de ces astéroïdes.
• Ils ont ensuite simulé les astéroïdes à l’aide de ce modèle, ce qui a soutenu leur hypothèse.
• Leurs recherches suggèrent que la forme distinctive du diamant était apparente très tôt dans la formation des astéroïdes, ce qui est en contradiction avec les modèles précédents.

Des scientifiques de l’Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) et de l’Université Rutgers ont utilisé des concepts simples de la physique granulaire pour expliquer les curieuses formes de diamant de deux astéroïdes « proches de la Terre ».

Les astéroïdes sont des corps rocheux en orbite autour du soleil. Ce qui les rend fascinantes pour les chercheurs, c’est qu’elles sont constituées de restes de matériaux, la matière qui n’a pas été absorbée par les plus grandes planètes lorsque le système solaire s’est formé, il y a environ 4,6 milliards d’années. Ainsi, ils peuvent faire la lumière sur les premiers jours du système solaire et la formation des planètes. La plupart des astéroïdes sont piégés dans la ceinture d’astéroïdes, une région entre Jupiter et Mars. Cette distance de la Terre les rend difficiles à étudier. Mais, occasionnellement, un astéroïde s’échappera et dérivera plus près de la Terre, permettant de les photographier de près à l’aide d’un vaisseau spatial sans pilote.

C’est ce qui s’est passé avec ces deux astéroïdes en forme de diamant : Bennu et Ryugu. Bennu et Ryugu sont tous deux classés comme des astéroïdes en tas de décombres, ce qui signifie qu’ils sont constitués de nombreux petits morceaux de matériau rocheux qui sont lâchement maintenus ensemble par gravité. Essentiellement, ce ne sont que des grains qui interagissent les uns avec les autres, comme le sable de nos plages.

« Les modèles précédents ont attribué ces formes de losange aux forces causées par la rotation, qui ont entraîné le déplacement de la matière des pôles vers l’équateur. Mais lorsque les astéroïdes ont été simulés à l’aide de ces modèles, la forme était aplatie ou asymétrique plutôt qu’en diamant, nous savions donc que quelque chose n’allait pas », a expliqué le Dr Tapan Sabuwala, auteur principal de l’article publié dans Matière granulaire et chercheur à l’Unité de Mécanique des Fluides de l’OIST. « Nous avons découvert qu’il manquait à ces modèles un ingrédient clé, le dépôt de matière. Et un simple modèle de physique granulaire, normalement utilisé pour le dépôt de grains comme le sable ou le sucre, pourrait prédire la forme observée.

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 (comme un chapeau de fête). Les physiciens des granulés 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.

Le Dr Sabuwala a expliqué comment, sur ces astéroïdes, la gravité est orientée différemment par rapport à celle ressentie par un tas de sable sur la plage. “Nous avons dû en tenir compte dans notre modèle, en plus du fait que la rotation de l’astéroïde joue également un rôle important”, a-t-il déclaré.

Ainsi, au lieu 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 centrifuge, causée par la rotation, a diminué près des pôles des astéroïdes, provoquant une accumulation de matière à cet endroit, et résultant en leur aspect élevé distinctif. Une autre distinction importante de ce modèle (par rapport aux précédents) est qu’il suggère que ces astéroïdes en tas de décombres n’ont pas commencé comme une sphère et se sont déformés en forme de diamant. Au contraire, l’accumulation de débris a provoqué la formation de la forme du diamant très tôt dans la formation de l’astéroïde, et tout remodelage ultérieur a été minime. De plus, l’idée que les formes de diamant ont été coulées 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 a découvert que les astéroïdes simulés formaient la forme distinctive du losange, étayant davantage leur théorie.

“Nous avons utilisé des concepts simples sur la façon dont les grains s’écoulent pour expliquer comment ces astéroïdes ont pris leurs formes curieuses”, a déclaré le professeur Chakraborty. « Que des idées simples puissent éclairer des problèmes complexes est, pour nous, peut-être l’aspect le plus délicieux de ce travail. »

Référence : « Bennu and Ryugu : diamonds in the sky » de Tapan Sabuwala, Pinaki Chakraborty et Troy Shinbrot, 4 septembre 2021, Matière granulaire.
DOI : 10.1007 / s10035-021-01152-z