La mission DART (Double Asteroid Redirect Test) de la NASA a été un succès du point de vue de la défense planétaire, car elle a réussi à déplacer l’orbite d’un astéroïde. Mais la mission avait un élément scientifique, et nous sommes toujours en train de passer au crible les débris de la collision pour déterminer ce que l’impact nous apprend sur l’astéroïde. C’est difficile en raison de la distance à l’astéroïde et des faibles quantités de lumière qui se reflètent sur les débris.
Aujourd’hui, un article a été publié par une équipe qui a analysé les images des conséquences à l’aide du télescope spatial Hubble. Ils ont repéré des dizaines de rochers qui, collectivement, auraient à l’origine constitué 0,1% de la masse de Dimorphos, la cible de DART. Et alors qu’ils s’éloignent tous très lentement du site de la collision, certains d’entre eux devraient pouvoir échapper à la gravité du double système d’astéroïdes.
Frapper des rochers
Les images prises par DART juste avant sa disparition suggèrent que Dimorphos était un tas de gravats, un mélange de rochers, de petites roches et de poussière à peine maintenus ensemble par leur attraction gravitationnelle mutuelle. Alors que se passe-t-il lorsqu’un objet relativement solide, comme le vaisseau spatial DART, martèle un astéroïde à grande vitesse ?
Pendant un certain temps, la réponse a été « beaucoup de poussière ». Les premières images montrent beaucoup de matière s’échappant de l’astéroïde, se répandant dans l’espace et formant une longue « queue » chassée par la pression de radiation du Soleil. Mais, avec le temps, les débris se sont suffisamment éclaircis pour que Hubble puisse obtenir une image claire de tous les objets plus gros qui avaient été obscurcis par la poussière – ou plutôt, un certain nombre d’images claires.
Le défi avec cela est que ces objets plus gros seraient encore assez petits et refléteraient très peu la lumière du soleil. En conséquence, ils apparaîtraient généralement comme de petits points de lumière et ne se distingueraient pas des rayons cosmiques frappant le détecteur ou des étoiles d’arrière-plan qui se sont déplacées dans le champ de vision de Hubble pendant l’imagerie.
Ainsi, les images de Hubble devaient être à longue exposition pour capturer suffisamment de lumière, et les chercheurs ont combiné plusieurs expositions prises par Hubble à différents points de son orbite autour de la Terre (ce qui les a obligés à réorienter l’image afin qu’elles montrent toutes la zone équivalente sous le même angle). La lumière qui n’apparaissait que dans une ou quelques-unes des images a été rejetée, éliminant une partie du bruit.
Une fois les expositions combinées, les chercheurs ont pu identifier environ 40 objets qui se déplaçaient avec le système Didymos/Dimorphos mais distincts de celui-ci. Seuls les plus brillants d’entre eux sont visibles dans les images individuelles.
Petit et lent
Sur la base de la quantité de lumière qu’ils réfléchissent, les chercheurs estiment que les rochers qu’ils voient mesurent entre 4 et 7 mètres de diamètre. Ceci est basé sur la réflectivité moyenne des astéroïdes parents ; évidemment, tous les rochers plus sombres ou plus brillants annuleront ces estimations. Les chercheurs utilisent également une estimation à densité unique basée sur les astéroïdes intacts pour déterminer les masses probables des rochers. Collectivement, on estime qu’ils transportent environ 0,1 % de la masse pré-collision de Dimorphos.
Sur la base de leur distance par rapport au site d’impact, il a été possible d’estimer leurs vitesses. Et ils sont tous très lents. Même les rochers les plus rapides se déplacent à moins d’un mètre par seconde, ce qui signifie qu’il faut environ quatre heures pour parcourir un kilomètre depuis le site d’impact. Et les plus lents ne représentent qu’une fraction de cette vitesse.
Mais, étant donné la gravité incroyablement faible du double système d’astéroïdes dont ils sont issus, les objets à plus grande vitesse pourront échapper à l’attraction gravitationnelle. En fait, la population de rochers peut être grossièrement divisée en deux, la moitié la plus rapide ayant atteint la vitesse de fuite.
La combinaison de la masse et de la vitesse a permis aux auteurs d’estimer l’énergie cinétique totale emportée de la collision par ces roches. Par rapport à l’énergie fournie par DART, elle est assez faible, à environ 0,003 % de l’énergie fournie par DART.
Étant donné que Dimorphos est un tas de décombres, il n’y a aucune raison de penser qu’il s’agit du produit de DART brisant un rocher plus gros lors de l’impact. Au lieu de cela, Dimorphos a été construit à partir de roches qui ont été pré-brisées par des collisions dans un passé lointain; DART vient de libérer quelques-uns d’entre eux de la gravité du tas de décombres. Sur la base des images pré-impact de Dimorphos, les chercheurs estiment que les rochers auraient collectivement occupé environ 2% de la surface de l’astéroïde. Cela correspond au fait que DART a fait exploser un cratère d’environ 50 mètres de diamètre.
Le cratère pourrait potentiellement être plus petit si DART avait transmis suffisamment d’énergie sismique pour faire tomber des matériaux d’ailleurs sur l’astéroïde. Mais, étant donné que les tas de décombres devraient être très poreux, il est peu probable que l’énergie sismique pénètre très loin à l’intérieur.
En tout cas, nous aurons une image plus claire des choses une fois que la sonde HERA de l’Agence spatiale européenne aura atteint l’astéroïde pour une étude de suivi. Nous devons simplement être patients, car cela ne devrait pas se produire avant trois ans.
The Astrophysical Journal Letters, 2023. DOI : 10.3847/2041-8213/ace1ec (À propos des DOI).