Une publication dans Nature Astronomy

Hygiea, la plus petite planète naine du système solaire



Crédit: ESO/P. Vernazza et al./MISTRAL algorithm (ONERA/CNRS)

Des observations effectuées au moyen de l’instrument SPHERE qui équipe le Very Large Telescope (VLT) de l’ESO invitent les astronomes à classer l’astéroïde Hygiea parmi les planètes naines. Ses dimensions le situent en quatrième position des objets les plus gros de la ceinture d’astéroïdes après Cérès, Vesta et Pallas. Pour la toute première fois, et grâce à des clichés dotés d’une résolution exceptionnelle, les astronomes ont pu étudier sa surface, déterminer sa forme ainsi que sa taille. Il est ainsi apparu qu’Hygiea arbore une forme sphérique, et détrône probablement Cérès de son rang de planète naine la plus petite du Système Solaire. Des astronomes de l'ULiège ont participé à cette étude en utilisant notamment les télescopes TRAPPIST.

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our être officiellement considérée comme une planète naine, un corps du système solaire doit remplir, selon l'Union Astronomique Internationale, quatre conditions. Il doit être en orbite autour du soleil; mais pas autour d'une planète (sinon il s'agirait d'une lune); il ne doit pas avoir "nettoyé" le voisinage de son orbite comme l'ont fait les planètes principales; et il doit avoir une masse suffisante pour atteindre l'équilibre hydrostatique, c'est-à-dire avoir une forme plus ou moins sphérique.

Le système solaire contient de nombreux corps qui répondent aux trois premières exigences, parmi lesquels les milliers d'astéroïdes situés dans la ceinture d'astéroïdes entre Mars et Jupiter. Mais les nouvelles observations de l’un des plus gros astéroïdes de cette région réalisées par une équipe internationale comprenant des astronomes de l'Unité de recherche STAR (Faculté des Sciences) de l'ULiege, montrent qu'il pourrait bien également respecter la dernière condition et entrer dans le cercle restreint des planètes naines.

Son nom est Hygiea et c'est le quatrième plus gros astéroïde, derrière la planète naine Cérès (945 km de diamètre) et les astéroïdes Vesta (525 km) et Pallas (512 km) dans la ceinture principale. Hygiea orbite à une distance moyenne de 470 millions de km du Soleil, trois fois plus loin que la Terre.

Jusqu'à présent, Hygiea avait été peu étudié et mal compris- il était considéré comme un énorme corps rocheux grossièrement allongé d'environ 500 km sur 350 km ayant un cratère d'impact géant. Mais de nouvelles observations utilisant le Very Large Telescope (VLT) de l'Observatoire Européen austral au Chili et les deux télescopes TRAPPIST de l'ULiege ont permis de révéler sa véritable forme et ses origines.

"Grâce aux capacités uniques de l'instrument SPHERE du VLT, l'un des systèmes d'imagerie les plus puissants au monde utilisant la technique de l'optique adaptative, nous avons pu résoudre la forme d'Hygiea, qui à la surprise de tous s'avère presque sphérique", explique l'astronome Pierre Vernazza du Laboratoire d'Astrophysique de Marseille en France et principal auteur de cette étude.

"Grâce à ces images, Hygiea devrait être reclassée comme planète naine, et à ce jour la plus petite du système solaire, détrônant ainsi Cérès qui est deux fois plus grosse."

Selon les nouvelles mesures, Hygiea a en effet un diamètre d'un peu plus de 430 km et une période de rotation qui a été revue fortement à la baisse, d'un facteur deux environ, à seulement 13,8 heures. "Nous savions déjà que sa surface avait une composition et une densité semblable à celle de la planète naine Cérès, mais les nouvelles observations montrent que Hygiea est aussi presque sphérique, explique Emmanuel Jehin, maître de recherches FNRS à l'ULiege. Nous avons utilisé les deux télescopes TRAPPIST durant plus d'une centaine d'heures afin de mesurer précisément sa période de rotation, un paramètre important pour reconstruire le modèle 3D. Et nous avons trouvé que la période répertoriée était erronée depuis des années ! Cela a permis de confirmer le modèle de forme sphérique construit par les images à haute résolution du VLT et bien différent de ce à quoi on s’attendait !"

"L’absence d'un grand cratère d’impact est aussi une surprise", poursuit Marin Ferrais, étudiant à l'ULiège en séjour doctoral au sein de l'équipe de Marseille. "En effet, Hygiea est le plus gros représentant d'une famille d'environ 7 000 astéroïdes qui partagent des orbites et des compositions très similaires. Un impact important aurait dû être à l'origine de ces milliers d'astéroïdes en lien Hygiea et seulement deux petites cratères ont été détectés à sa surface.

Pour résoudre cette énigme, l’équipe a effectué de nombreuses simulations. Le scénario qui permet d'expliquer le mieux la forme sphérique d’Hygiea et la famille d’astéroïdes associée fait intervenir une énorme collision qui s'est produite il y a environ 2 milliards d'années, avec un astéroïde de diamètre compris entre 75 et 150 km se déplaçant à grande vitesse et qui a complètement pulvérisé le corps parent. Des débris ont été éjectés au loin formant de plus petits astéroïdes, mais la masse principale de morceaux fondus et chauds s'est effondrée. En se refroidissant et en se durcissant, ils ont reformé une sphère presque parfaite.

"Si Hygiea est officiellement classée en tant que planète naine, elle élargira la gamme de tailles auxquelles ces objets peuvent être trouvés, ce qui signifie qu'il pourrait y avoir beaucoup plus de planètes naines que nous le pensions dans le système solaire ! conclu Emmanuel Jehin"

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Simulation d'impact expliquant l'origine de la forme ronde d'Hygiea

Simulation informatique de la fragmentation et du ré-assemblage ayant conduit à la formation d’Hygiea et de sa famille d’astéroïdes, suite à un impact avec un objet de grandes dimensions. Les changements de forme d’Hygiéa se produisirent après l’impact et conduisirent la candidate planète naine à acquérir sa forme sphérique actuelle.

Référence scientifique

P. Vernazza, L. Jorda, P. Ševeček, M. Brož, M. Viikinkoski, J. Hanuš, B. Carry, A. Drouard, M. Ferrais, M. Marsset, F. Marchis, M. Birlan, E. Podlewska-Gaca, E. Jehin, P. Bartczak, G. Dudzinski, J. Berthier, J. Castillo-Rogez, F. Cipriani, F. Colas, F. DeMeo, C. Dumas, J. Durech, R. Fetick, T. Fusco, J. Grice, M. Kaasalainen, A. Kryszczynska, P. Lamy, H. Le Coroller, A. Marciniak, T. Michalowski, P. Michel, N. Rambaux, T. Santana-Ros, P. Tanga, F. Vachier, A. Vigan, O. Witasse, B. Yang, M. Gillon, Z. Benkhaldoun, R. Szakats, R. Hirsch, R. Duffard, A. Chapman & J. L. Maestre , “A basin-free spherical shape as an outcome of a giant impact on asteroid Hygiea”, Nature Astronomy, 28 oct. 2019

Consulter l'article

Lire le communiqué de l’Observatoire Européen Austral (ESO)

Contact

JEHIN Emmanuël I Laboratoire ORCA I STAR Research Institute

GSM 0495/23.72.98 I ejehin@uliege.be

FERRAIS Marin I Laboratoire d'Astrophysique de Marseille

m.ferrais@doct.uliege.be

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