Le processus même de formation de l’astéroïde Itokawa serait à l’origine de ses rochers

Un chercheur du laboratoire Lagrange de l’Observatoire de la Côte d’azur et un collaborateur américain de l’Université de Maryland ont proposé un mécanisme de formation de l’astéroïde Itokawa et l’ont modélisé numériquement. Ils ont trouvé que la forme d’Itokawa -(une sorte d’otarie) et la présence de gros rochers à sa surface viennent du processus même de formation.

La faible densité volumique d’Itokawa (2 g/cc) et les images envoyées par la sonde Hayabusa (voir Fig. 1) qui en a ramené un échantillon sur Terre en 2010 suggèrent que ce petit astéroïde est un agrégat constitué de plusieurs blocs liés par leur attraction mutuelle. Mais jusqu’à présent ceci n’avait pas été démontré, et la présence observée de gros rochers à sa surface restait un mystère. En effet, ces rochers ne peuvent pas être du matériau éjecté des cratères formés par les impacts subis par l’astéroïde au cours de son histoire. D’une part ils sont trop nombreux par rapport au volume disponible dans les cratères identifiés, d’autre part ils auraient dû être éjectés à des vitesses les faisant s’échapper de l’astéroïde du fait de sa faible gravité.

Selon les modèles d’évolution collisionnelle de la Ceinture d’astéroïde, située entre Mars et Jupiter, un objet de la taille d’Itokawa doit nécessairement être un fragment d’un corps plus gros détruit par collision dans la Ceinture des astéroïdes, entre Mars et Jupiter. Les chercheurs ont modélisé numériquement la destruction d’un gros astéroïde. En particulier, ils ont simulé en détail la phase de réaccumulation gravitationnelle durant laquelle les fragments générés, du fait de leurs attractions mutuelles, peuvent se réaccumuler et former des agrégats. De telles simulations avaient été effectuées auparavant par ces mêmes auteurs et des collaborateurs suisses et avaient permis d’expliquer la formation des familles d’astéroïdes. Mais les simulations précédentes ne permettaient pas de calculer la forme des agrégats et rendaient seulement compte de leurs tailles et de leurs vitesses d’éjection car les fragments réaccumulés étaient remplacés par des sphères, par soucis de simplicité et de réduction du temps de calcul.

 Figure 1. A gauche, image de l’astéroïde Itokawa prise par la sonde Hayabusa (credit : JAXA). A droite : image d’un agrégat obtenu dans une simulation numérique de la phase de réaccumulation d’une destruction d’un astéroïde. La forme de l’agrégat produit dans cette simulation est similaire à celle de l’astéroïde Itokawa, et sa surface contient aussi de nombreux petits rochers comme l’objet réel.

Les chercheurs ont récemment introduit un modèle d’agrégat rigide dans leur programme informatique sophistiqué appelé pkdgrav qui permet de calculer les interactions gravitationnelles d’un grand nombre de corps (jusqu’à plusieurs millions) et leurs éventuelles réaccumulations. Lors de la réaccumulation des fragments, ce nouveau modèle permet la formation d’agrégats non-idéalisés constitués de blocs solides de formes irrégulières. Le modèle permet ainsi aux fragments de rester liés lorsqu’ils se touchent (ou de rebondir ou encore de se fragmenter en fonction de paramètres choisis par le modélisateur), plutôt que de les remplacer par des sphères, et suit l’évolution de leurs propriétés mécaniques. Ainsi, la forme et la période de rotation des agrégats sont préservées dans ces nouvelles simulations qui nécessitent plusieurs mois de temps de calculs en utilisant plusieurs dizaines de processeurs.

En utilisant des paramètres mécaniques des agrégats tenant compte de leur résistance mécanique selon leur taille et des coefficients de rebond identiques à ceux mesurés par des expériences, les chercheurs montrent que le processus de réaccumulation lors d’une destruction d’astéroïde peut produire des agrégats dont la forme est similaire à celle d’Itokawa (voir Fig. 1). De plus, les simulations montrent que typiquement, lorsqu’un gros agrégat commencent à grossir par réaccumulation, les plus petits fragments qui sont éjectés à des vitesses initialement élevées mais qui sont suffisamment proches de cet agrégat en formation commencent à ressentir l’influence de l’attraction de sa masse croissante et finalement ralentissent et réaccumulent sur celui-ci. Les chercheurs concluent que ce mécanisme de réaccumulation tardive des plus petites composantes d’un objet formé par réaccumulation est une explication très plausible de la présence d’un grand nombre de gros rochers à la surface d’Itokawa.

Les chercheurs ont donc modélisé pour la première fois la formation d’un objet de forme identique à Itokawa et leurs résultats en accord avec l’interprétation des données de la mission Hayabusa suggérant qu’Itokawa est un agrégat. De plus, ils fournissent une explication à la présence des gros rochers à sa surface. Enfin, en changeant les paramètres mécaniques des agrégats dans les simulations, les chercheurs ont trouvé des agrégats de différentes formes, dont certaines pourraient ressembler à celles d’autres astéroïdes. Leurs travaux se poursuivront afin de vérifier la sensibilité des résultats aux différents paramètres mécaniques des agrégats et de comprendre quels paramètres conduisent à quelles formes observées. Ils pourraient ainsi contribuer à contraindre les propriétés physiques des astéroïdes en fonction de leur forme observée.

Référence :

Michel, P. & Richardson D.C. 2013. Collision and gravitational reaccumulation : Possible formation mechanism of the asteroid Itokawa. Astronomy and Astrophysics Letter, in press.