Une famille d'astéroïdes primordiale dévoile les secrets de la formation planétaire

Une équipe dirigée par Marco Delbo, chercheur au Laboratoire Lagrange de l'Observatoire de la Côte d'Azur, a utilisé une nouvelle technique mise au point par Bryce Bolin dans le cadre de sa thèse de doctorat à l’Université de Nice Sophai-Antipolis, pour trouver des familles très anciennes, et vient de découvrir l'une de plus anciennes connue jusqu'ici.
Une famille d'astéroïdes primordiale dévoile les secrets de la formation planétaire

Crédit : ESO/L. Calçada

Les astronomes étudient les astéroïdes depuis des siècles: au départ, ils pensaient que ces «roches spatiales» représentent des débris d'une planète explosée. Plus tard, ils se sont rendus compte que ces corps sont des planètesimaux, c’est-à-dire les éléments constitutifs des planètes, y compris de notre Terre. Ces planetesimaux situés entre Mars et Jupiter n'ont pu s'accretés et former une planète. En tant que tel, la ceinture principale des astéroïdes nous offre aujourd'hui une vue unique de la façon dont notre système solaire était il y a 4,6 milliards d'années. Cependant, à mesure que de plus en plus d'astéroïdes ont été découverts, les astronomes se sont rendus compte que les astéroïdes ne sont pas tous des planetesimaux...

Les scientifiques ont remarqué de nombreux groupes d'astéroïdes sur des orbites étroitement liées, qu'ils ont interprétées comme des familles de fragments créés lors de collisions catastrophiques entre des astéroïdes plus gros; et ces collisions ont eu lieu tout au long de l’histoire de notre système solaire. De plus, au fur et à mesure que le temps passe, les orbites des membres de chaque famille s'éloignent et les groupes deviennent plus diffuses: les membres de différentes familles se mêlent les uns aux autres et reconnaitre si un astéroïde est un fragment ou un planetesimau devient un problème.

«Les familles d'astéroïdes ont toujours représenté un problème pour ceux qui veulent trouver quels sont les astéroïdes qui ne sont pas des fragments d'autres astéroïdes et qui, en tant que tels, ne sont membres d'aucune famille. Ces astéroïdes originaux sont le «Saint Graal» de la formation planétaire. Ils nous permettent de comprendre quelles sont les tailles et la composition des planètesimaux qui ont formé nos planètes », commente Alessandro Morbidelli, directeur de recherche du CNRS à l'Observatoire de Côte d'Azur, Nice, France, et co-auteur de cette étude.

Une équipe dirigée par Marco Delbo', également chercheur à l'Observatoire de la Côte d'Azur, a utilisé une nouvelle technique mise au point par Bryce Bolin dans le cadre de sa thèse de doctorat à l’Université de Nice Sophai-Antipolis, pour trouver des familles très anciennes, et vient de découvrir l'une de plus anciennes connue jusqu'ici. Ses membres sont dispersés sur une vaste zone couvrant près d'un tiers de la ceinture principale. «Au lieu de chercher un groupe d'orbites, nos méthodes recherchent le bord d'une famille en expansion. Nous savons que les petits astéroïdes s'éloignent du centre de la famille plus rapidement que les plus grands. Donc, si vous cherchez des corrélations entre la taille et de la distance distance, vous pouvez voir les formes des familles les plus anciennes», explique Bolin.

La famille trouvé par Delbo et ses collègues a au moins 4 milliards d'années. Mais il pourrait être encore plus vieille et formé par un impact entre deux astéroïdes tout au début de notre système solaire, avant que Jupiter et Saturne ne soient sur leurs orbites actuelles Lorsque ces planètes géantes ont migré d'orbite, ce n'était pas un moment facile pour notre système solaire. Les énormes perturbations de ces planètes ont éjecté nombreux astéroïdes hors de la ceinture principale, et ils ont aussi étiré de façon chaotique les orbites des orbites des astéroïdes survivants. «Nous étions surpris de voir les membres de notre famille primordiale avoir des orbites si loin l'une de l'autre. Mais nous avons soigneusement vérifié les propriétés de ces corps: nous avons vérifié que leur spectres sont similaires, un indice qui montre que ces astéroïdes sont les morceaux d'un corps parent commun. Nous avons également testé que leur corrélation entre la taille et la distance a été préservée pendant les phases d’'instabilité de Jupiter et Saturne et tout au long des 4 milliards d'années de l'évolution du système solaire», déclare Chrysa Avdellidou, chercheuse de l'Agence spatiale européenne à Noordwijk, Pays-Bas, et coauteur de l'étude.

La famille identifiée par Delbo' et ses collègues était en effet la plus grande pièce manquante d'un puzzle gigantesque: «Maintenant que nous avons découvert cette grande famille, nous avons finalement reconstruit l'arbre généalogique des astéroïdes dans la partie de la ceinture principale la plus proche de la Terre. Les astéroïdes qui ne sont pas membres d'aucune famille et qui doivent donc être nait en tant que planetesimaux sont très peu nombreux. Ils sont tous plus grands que 35 km, confirmant la théorie de Morbidelli selon laquelle les astéroïdes sont nés en grand », poursuit Delbo'. L'utilisation de ces techniques dans l'ensemble de la ceinture principale devrait continuer à révéler l'histoire du système solaire en démêlant les astéroïdes primordiaux et qui ne sont pas des fragments de collisions ultérieures. 

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