La cible de l’étude, Psyché, est la destination d’un prochain Nasa mission.
Un examen attentif des émissions de longueur d’onde millimétrique de l’astéroïde Psyche, que la NASA a l’intention de visiter en 2026, a produit la première carte de température de l’objet, fournissant de nouvelles informations sur ses propriétés de surface. Les résultats, décrits dans un article publié dans Revue des sciences planétaires (PSJ) le 5 août 2021, sont une étape vers la résolution du mystère de l’origine de cet objet inhabituel, qui a été considéré par certains comme un morceau du noyau d’une protoplanète infortunée.
Psyche tourne autour du soleil dans la ceinture d’astéroïdes, une région de l’espace en forme de beignet entre la Terre et Jupiter qui contient plus d’un million de corps rocheux dont la taille varie de 10 mètres à 946 kilomètres de diamètre.
Le concept de cet artiste représente l’astéroïde Psyche, la cible de la mission Psyche de la NASA. Crédit : NASA/JPL-Caltech/ASU
Avec un diamètre de plus de 200 km, Psyché est le plus grand des astéroïdes de type M, une classe énigmatique d’astéroïdes que l’on pense être riches en métaux et donc potentiellement être des fragments des noyaux de proto-planètes qui se sont brisés en tant que le système solaire s’est formé.
« Le système solaire primitif était un endroit violent, car les corps planétaires se sont fusionnés puis sont entrés en collision les uns avec les autres tout en s’installant sur des orbites autour du soleil », explique Katherine de Kleer de Caltech, professeur adjoint de science planétaire et d’astronomie et auteur principal du PSJ article. « Nous pensons que des fragments des noyaux, des manteaux et des croûtes de ces objets restent aujourd’hui sous la forme d’astéroïdes. Si c’est vrai, cela nous donne notre seule véritable opportunité d’étudier directement les noyaux d’objets semblables à des planètes.
Catherine de Kleer. Crédit : Caltech
L’étude d’objets aussi relativement petits et si éloignés de la Terre (Psyché dérive à une distance comprise entre 179,5 et 329 millions de km de la Terre) pose un défi de taille aux planétologues, c’est pourquoi la NASA prévoit d’envoyer une sonde à Psyché pour examiner il de près. En règle générale, les observations thermiques de la Terre – qui mesurent la lumière émise par un objet lui-même plutôt que la lumière du soleil réfléchie par cet objet – sont dans des longueurs d’onde infrarouges et ne peuvent produire que des images d’un pixel d’astéroïdes. Ce pixel révèle cependant beaucoup d’informations ; par exemple, il peut être utilisé pour étudier l’inertie thermique de l’astéroïde, ou à quelle vitesse il se réchauffe au soleil et se refroidit dans l’obscurité.
« Une faible inertie thermique est généralement associée à des couches de poussière, tandis qu’une inertie thermique élevée peut indiquer des roches à la surface », explique Saverio Cambioni de Caltech, chercheur postdoctoral en science planétaire et co-auteur de la PSJ article. “Cependant, discerner un type de paysage d’un autre est difficile.” Les données de visualisation de chaque emplacement de surface à plusieurs moments de la journée fournissent beaucoup plus de détails, conduisant à une interprétation moins ambiguë et fournissant une prédiction plus fiable du type de paysage avant l’arrivée d’un vaisseau spatial.
De Kleer et Cambioni, ainsi que le co-auteur Michael Shepard de l’Université Bloomsburg en Pennsylvanie, ont profité de l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) au Chili, devenu pleinement opérationnel en 2013, pour obtenir ces données. Le réseau de 66 radiotélescopes a permis à l’équipe de cartographier les émissions thermiques de toute la surface de Psyché à une résolution de 30 km (où chaque pixel mesure 30 km sur 30 km) et de générer une image de l’astéroïde composée d’environ 50 pixels.
Cela a été possible car ALMA a observé Psyché à des longueurs d’onde millimétriques, qui sont plus longues (allant de 1 à 10 millimètres) que les longueurs d’onde infrarouges (généralement entre 5 et 30 microns). L’utilisation de longueurs d’onde plus longues a permis aux chercheurs de combiner les données collectées à partir des 66 télescopes pour créer un télescope efficace beaucoup plus grand ; plus un télescope est grand, plus la résolution des images qu’il produit est élevée.
Des émissions de longueur d’onde millimétrique révèlent la température de l’astéroïde Psyché lors de sa rotation dans l’espace. Crédit : Caltech
L’étude a confirmé que l’inertie thermique de Psyché est élevée par rapport à celle d’un astéroïde typique, indiquant que Psyché a une surface inhabituellement dense ou conductrice. Lorsque de Kleer, Cambioni et Shepard ont analysé les données, ils ont également découvert que l’émission thermique de Psyché – la quantité de chaleur qu’elle rayonne – n’est que de 60% de ce qui serait attendu d’une surface typique avec cette inertie thermique. Parce que l’émission de surface est affectée par la présence de métal sur la surface, leur découverte indique que la surface de Psyché n’est pas moins de 30 pour cent de métal. Une analyse de la polarisation de l’émission a aidé les chercheurs à déterminer approximativement quelle forme prend ce métal. Une surface solide et lisse émet une lumière polarisée bien organisée ; la lumière émise par Psyché, cependant, était dispersée, suggérant que les roches à la surface sont parsemées de grains métalliques.
“Nous savons depuis de nombreuses années que les objets de cette classe ne sont pas, en fait, du métal solide, mais ce qu’ils sont et comment ils se sont formés reste une énigme”, déclare de Kleer. Les résultats renforcent les propositions alternatives pour la composition de la surface de Psyché, notamment que Psyché pourrait être un astéroïde primitif qui s’est formé plus près du soleil qu’il ne l’est aujourd’hui au lieu d’un noyau d’une protoplanète fragmentée.
Les techniques décrites dans cette étude offrent une nouvelle perspective sur les compositions de surface des astéroïdes. L’équipe étend maintenant son champ d’action pour appliquer ces techniques à d’autres grands objets de la ceinture d’astéroïdes.
L’étude a été rendue possible par un projet connexe de l’équipe dirigée par Michael Shepard de l’Université Bloomsburg qui a utilisé les données de de Kleer en combinaison avec les données d’autres télescopes, y compris l’observatoire d’Arecibo à Porto Rico, pour déterminer la taille, la forme et l’orientation de Psyché . Cela a permis aux chercheurs de déterminer quels pixels qui avaient été capturés représentaient réellement la surface de l’astéroïde. L’équipe de Shepard devait observer à nouveau Psyché à la fin de 2020, mais les dommages causés par des défaillances de câbles ont fermé le télescope avant que les observations puissent être effectuées.
Référence : « The Surface of (16) Psyche from Thermal Emission and Polarization Mapping » par Katherine de Kleer, Saverio Cambioni et Michael Shepard, 5 août 2021, Journal des sciences planétaires.
DOI : 10.3847 / PSJ / ac01ec
