Les supercalculateurs offrent une nouvelle explication « perturbatrice »

Une étude de la NASA utilisant une série de simulations sur superordinateur révèle une nouvelle solution potentielle à un mystère martien de longue date : comment Mars a-t-elle obtenu ses lunes ? Selon les résultats, la première étape aurait pu impliquer la destruction d’un astéroïde.

L’équipe de recherche, dirigée par Jacob Kegerreis, chercheur postdoctoral au centre de recherche Ames de la NASA dans la Silicon Valley en Californie, a découvert qu’un astéroïde passant près de Mars aurait pu être perturbé – une belle façon de dire “déchiré” – par la forte force de la planète rouge. attraction gravitationnelle.

L’article est publié dans la revue Icare.

Les simulations de l’équipe montrent que les fragments rocheux résultants sont éparpillés sur diverses orbites autour de Mars. Plus de la moitié des fragments se seraient échappés du système martien, mais d’autres seraient restés en orbite. Tirés par la gravité de Mars et du Soleil, dans les simulations, certains des morceaux d’astéroïdes restants sont placés sur des trajectoires pour entrer en collision les uns avec les autres, chaque rencontre les broyant davantage et répandant davantage de débris.

De nombreuses collisions plus tard, des morceaux et des débris plus petits de l’ancien astéroïde auraient pu se déposer dans un disque encerclant la planète. Au fil du temps, une partie de cette matière s’est probablement regroupée, formant peut-être les deux petites lunes de Mars, Phobos et Deimos.

Pour évaluer s’il s’agissait d’une chaîne d’événements réaliste, l’équipe de recherche a exploré des centaines de simulations différentes de rencontres rapprochées, faisant varier la taille, la rotation, la vitesse et la distance de l’astéroïde à son approche la plus proche de la planète. L’équipe a utilisé son code informatique open source haute performance, appelé SWIFT, et les systèmes informatiques avancés de l’Université de Durham au Royaume-Uni pour étudier en détail à la fois la perturbation initiale et, à l’aide d’un autre code, les orbites ultérieures des débris.

Dans l’étude, les chercheurs rapportent que dans de nombreux scénarios, suffisamment de fragments d’astéroïdes survivent et entrent en collision en orbite pour servir de matière première pour former les lunes.

“C’est passionnant d’explorer une nouvelle option pour la fabrication de Phobos et Deimos, les seules lunes de notre système solaire en orbite autour d’une planète rocheuse autre que celle de la Terre”, a déclaré Kegerreis. “De plus, ce nouveau modèle fait différentes prédictions sur les propriétés des lunes qui peuvent être testées par rapport aux idées standards pour cet événement clé de l’histoire de Mars.”

Deux hypothèses sur la formation des lunes martiennes sont en tête du peloton. L’un d’entre eux suggère que les astéroïdes qui passaient ont été capturés entièrement par la gravité de Mars, ce qui pourrait expliquer l’apparence quelque peu astéroïde des lunes. L’autre dit qu’un impact géant sur la planète a projeté suffisamment de matière – un mélange de débris de Mars et de l’impacteur – pour former un disque et, finalement, les lunes. Les scientifiques pensent qu’un processus similaire a formé la Lune terrestre.

Cette dernière explication rend mieux compte des chemins parcourus par les lunes aujourd’hui – sur des orbites quasi circulaires qui s’alignent étroitement avec l’équateur de Mars. Cependant, un impact géant éjecte de la matière dans un disque qui reste en grande partie proche de la planète. Et les lunes de Mars, en particulier Deimos, se trouvent assez loin de la planète et se sont probablement formées là aussi.

“Notre idée permet une distribution plus efficace du matériel lunaire vers les régions extérieures du disque”, a déclaré Jack Lissauer, chercheur scientifique à Ames et co-auteur de l’article. “Cela signifie qu’un astéroïde “parent” beaucoup plus petit pourrait encore fournir suffisamment de matière pour envoyer les éléments constitutifs des lunes au bon endroit.”

Tester différentes idées sur la formation des lunes de Mars est l’objectif principal de la prochaine mission de retour d’échantillons Martian Moons eXploration (MMX) dirigée par la JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency). Le vaisseau spatial étudiera les deux lunes pour déterminer leur origine et collectera des échantillons de Phobos à apporter sur Terre pour étude.

Un instrument de la NASA à bord, appelé MEGANE (abréviation de Mars-moon Exploration with GAmmarays and Neutrons), identifiera les éléments chimiques dont Phobos est constitué et aidera à sélectionner les sites pour la collecte d’échantillons. Certains des échantillons seront collectés par un échantillonneur pneumatique également fourni par la NASA à titre de contribution de démonstration technologique à la mission. Comprendre de quoi sont faites les lunes est un indice qui pourrait aider à distinguer les lunes ayant une origine astéroïde ou une source planète plus impacteur.

Avant que les scientifiques puissent mettre la main sur un morceau de Phobos à analyser, Kegerreis et son équipe reprendront là où ils s’étaient arrêtés, démontrant la formation d’un disque contenant suffisamment de matière pour fabriquer Phobos et Deimos.

“Ensuite, nous espérons nous appuyer sur ce projet de validation de principe pour simuler et étudier plus en détail la chronologie complète de la formation”, a déclaré Vincent Eke, professeur agrégé à l’Institut de cosmologie computationnelle de l’Université de Durham et co-auteur de l’étude. le papier. “Cela nous permettra d’examiner la structure du disque lui-même et de faire des prédictions plus détaillées sur ce que la mission MMX pourrait trouver.”

Pour Kegerreis, ce travail est passionnant car il élargit également notre compréhension de la façon dont les lunes pourraient naître, même s’il s’avère que celle de Mars s’est formée par un chemin différent. Les simulations offrent une exploration fascinante, dit-il, des résultats possibles des rencontres entre des objets comme des astéroïdes et des planètes. Ces événements étaient courants au début du système solaire, et les simulations pourraient aider les chercheurs à reconstituer l’histoire de l’évolution de notre arrière-cour cosmique.