La mission DART apporte un nouvel éclairage sur le système d’astéroïdes binaires ciblé

En étudiant les données recueillies par la mission DART (Double Asteroid Redirection Test) de la NASA, qui a envoyé en 2022 un vaisseau spatial pour entrer intentionnellement en collision avec le satellite astéroïde Dimorphos, l’équipe scientifique de la mission a découvert de nouvelles informations sur les origines du système binaire d’astéroïdes cible et pourquoi le vaisseau spatial DART a été si efficace pour décaler l’orbite de Dimorphos.

Dans cinq articles récemment publiés dans Nature Communicationsl’équipe a exploré la géologie du système d’astéroïdes binaires, comprenant le petit satellite Dimorphos et l’astéroïde parent Didymos, pour caractériser son origine et son évolution et contraindre ses caractéristiques physiques.

« Ces découvertes nous donnent un nouvel aperçu de la façon dont les astéroïdes peuvent évoluer au fil du temps », a déclaré Thomas Statler, responsable scientifique du projet Solar System Small Bodies au siège de la NASA à Washington. « C’est important non seulement pour comprendre les objets proches de la Terre qui sont au cœur de la défense planétaire, mais aussi pour notre capacité à lire l’histoire de notre système solaire à partir de ces vestiges de la formation des planètes. Ce n’est qu’une partie de la richesse des nouvelles connaissances que nous avons acquises grâce à DART. »

Olivier Barnouin et Ronald-Louis Ballouz, du Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (APL) à Laurel, dans le Maryland, ont dirigé une étude analysant la géologie des deux astéroïdes et en tirant des conclusions sur les matériaux de leur surface et leurs propriétés intérieures. À partir d’images capturées par DART et son satellite LICIACube cubesat associé, fournies par l’Agence spatiale italienne (ASI), l’équipe a observé la topographie du plus petit astéroïde Dimorphos, qui comprenait des rochers de différentes tailles. En comparaison, le plus gros astéroïde Didymos était plus lisse à basse altitude, bien que rocheux à haute altitude, avec plus de cratères que Dimorphos. Les auteurs en ont déduit que Dimorphos s’était probablement séparé de Didymos lors d’un événement de perte de masse important.

Il existe des processus naturels qui peuvent accélérer la rotation des petits astéroïdes, et il existe de plus en plus de preuves que ces processus pourraient être responsables du remodelage de ces corps ou même forcer la matière à être extraite de leur surface.

Les analyses ont suggéré que Didymos et Dimorphos avaient tous deux des caractéristiques de surface faibles, ce qui a conduit l’équipe à postuler que Didymos avait un âge de surface 40 à 130 fois plus ancien que Dimorphos, le premier étant estimé à 12,5 millions d’années et le second à moins de 300 000 ans. La faible résistance de la surface de Dimorphos a probablement contribué à l’impact significatif de DART sur son orbite.

« Les images et les données recueillies par DART sur le système Didymos ont offert une occasion unique d’observer de près un système binaire d’astéroïdes proches de la Terre », a déclaré Barnouin. « À partir de ces seules images, nous avons pu déduire de nombreuses informations sur les propriétés géophysiques de Didymos et de Dimorphos et approfondir notre compréhension de la formation de ces deux astéroïdes. Nous comprenons également mieux pourquoi DART a été si efficace pour déplacer Dimorphos. »

Maurizio Pajola, de l’Institut national d’astrophysique (INAF) de Rome, et ses co-auteurs ont dirigé une étude comparant les formes et les tailles des différents blocs et leurs schémas de répartition sur les surfaces des deux astéroïdes. Ils ont déterminé que les caractéristiques physiques de Dimorphos indiquent qu’il s’est formé par étapes, probablement à partir de matériaux hérités de son astéroïde parent Didymos. Cette conclusion renforce la théorie dominante selon laquelle certains systèmes d’astéroïdes binaires proviennent des restes d’un astéroïde primaire plus gros qui s’accumulent pour former un nouveau satellite astéroïde.

Alice Lucchetti, également de l’INAF, et ses collègues ont découvert que la fatigue thermique (l’affaiblissement et la fissuration progressifs d’un matériau causés par la chaleur) pouvait rapidement briser les rochers à la surface de Dimorphos, générant des lignes de surface et modifiant les caractéristiques physiques de ce type d’astéroïde plus rapidement qu’on ne le pensait auparavant. La mission DART a probablement été la première à observer un tel phénomène sur ce type d’astéroïde.

Sous la direction de Naomi Murdoch, chercheuse à l’ISAE-SUPAERO de Toulouse, et de ses collègues, une étude menée par les étudiantes Jeanne Bigot et Pauline Lombardo a permis de déterminer que la capacité portante de Didymos (la capacité de la surface à supporter les charges appliquées) est au moins 1 000 fois inférieure à celle du sable sec de la Terre ou du sol lunaire. Ce paramètre est considéré comme important pour comprendre et prédire la réponse d’une surface, notamment pour le déplacement d’un astéroïde.

Colas Robin, également de l’ISAE-SUPAERO, et ses co-auteurs ont analysé les blocs de surface de Dimorphos, en les comparant à ceux d’autres astéroïdes en tas de décombres, notamment Itokawa, Ryugu et Bennu. Les chercheurs ont découvert que les blocs partageaient des caractéristiques similaires, suggérant que tous ces types d’astéroïdes se sont formés et ont évolué de manière similaire. L’équipe a également noté que la nature allongée des blocs autour du site d’impact de DART implique qu’ils ont probablement été formés par traitement d’impact.

Ces dernières découvertes offrent un aperçu plus précis des origines du système Didymos et contribuent à la compréhension de la formation de ces corps planétaires. Alors que la mission Hera de l’ESA (Agence spatiale européenne) se prépare à revisiter le site de collision de DART en 2026 pour analyser plus en détail les conséquences du tout premier test de défense planétaire, ces recherches fournissent une série de tests sur ce que Hera trouvera et contribuent aux missions d’exploration actuelles et futures tout en renforçant les capacités de défense planétaire.