En utilisant le très grand télescope de l'Observatoire européen austral (VLT de l'ESO), une équipe d'astronomes a obtenu les images les plus nettes et les plus détaillées à ce jour de l'astéroïde Cléopâtre. Les observations ont permis à l'équipe de contraindre la forme et la masse 3D de cet astéroïde particulier, qui ressemble à un os de chien, avec une précision plus élevée que jamais. Leurs recherches fournissent des indices sur la formation de cet astéroïde et des deux lunes qui l'orbitent.

" Cléopâtre est vraiment un corps unique dans notre système solaire, " dit Franck Marchis, astronome à l'institut SETI de Mountain View, aux États-Unis et au Laboratoire d'Astrophysique de Marseille, La France, qui a dirigé une étude sur l'astéroïde - qui a des lunes et une forme inhabituelle - publiée aujourd'hui dans Astronomie &Astrophysique . "La science fait beaucoup de progrès grâce à l'étude des valeurs aberrantes étranges. Je pense que Cléopâtre est l'une d'entre elles et comprend ce complexe, système d'astéroïdes multiples peut nous aider à en savoir plus sur notre système solaire."

Cléopâtre est en orbite autour du Soleil dans la ceinture d'astéroïdes entre Mars et Jupiter. Les astronomes l'ont appelé un "astéroïde en os de chien" depuis que des observations radar il y a environ 20 ans ont révélé qu'il avait deux lobes reliés par un "cou" épais. En 2008, Marchis et ses collègues ont découvert que Cléopâtre est orbitée de deux lunes, nommé AlexHelios et CleoSelene, après les enfants de la reine égyptienne.

Pour en savoir plus sur Cléopâtre, Marchis et son équipe ont utilisé des instantanés de l'astéroïde pris à différents moments entre 2017 et 2019 avec l'instrument Spectro-Polarimetric High Contrast Exoplanet REsearch (SPHERE) sur le VLT de l'ESO. Pendant que l'astéroïde tournait, ils ont pu le voir sous différents angles et créer les modèles 3D les plus précis de sa forme à ce jour. Ils ont limité la forme en os de chien de l'astéroïde et son volume, trouver l'un des lobes plus gros que l'autre, et a déterminé que la longueur de l'astéroïde était d'environ 270 kilomètres, soit environ la moitié de la longueur de la Manche.

Dans une seconde étude, également publié dans Astronomie &Astrophysique et dirigé par Miroslav Brož de l'Université Charles de Prague, République Tchèque, l'équipe a rapporté comment elle a utilisé les observations de SPHERE pour trouver les orbites correctes des deux lunes de Cléopâtre. Des études antérieures avaient estimé les orbites, mais les nouvelles observations avec le VLT de l'ESO ont montré que les lunes n'étaient pas là où les données plus anciennes les prédisaient.

"Cela devait être résolu, " dit Brož. " Parce que si les orbites des lunes étaient fausses, tout était faux, y compris la masse de Cléopâtre." Grâce aux nouvelles observations et à la modélisation sophistiquée, l'équipe a réussi à décrire avec précision comment la gravité de Cléopâtre influence les mouvements des lunes et à déterminer les orbites complexes d'AlexHelios et de CleoSelene. Cela leur a permis de calculer la masse de l'astéroïde, le trouvant 35 % inférieur aux estimations précédentes.

En combinant les nouvelles estimations de volume et de masse, les astronomes ont pu calculer une nouvelle valeur pour la densité de l'astéroïde, lequel, à moins de la moitié de la densité du fer, s'est avéré inférieur à ce que l'on pensait auparavant. La faible densité de Cléopâtre, dont on pense qu'il a une composition métallique, suggère qu'il a une structure poreuse et pourrait être un peu plus qu'un « tas de gravats ». Cela signifie qu'il s'est probablement formé lorsque le matériau s'est réaccumulé à la suite d'un impact géant.

La structure en tas de décombres de Cléopâtre et la façon dont elle tourne donnent également des indications sur la façon dont ses deux lunes ont pu se former. L'astéroïde tourne presque à une vitesse critique, la vitesse au-dessus de laquelle il commencerait à se désagréger, et même de petits impacts peuvent soulever des cailloux de sa surface. Marchis et son équipe pensent que ces cailloux auraient pu former par la suite AlexHelios et CleoSelene, ce qui signifie que Cléopâtre a vraiment donné naissance à ses propres lunes.

Les nouvelles images de Cléopâtre et les informations qu'elles fournissent ne sont possibles que grâce à l'un des systèmes d'optique adaptative avancés utilisés sur le VLT de l'ESO, qui est situé dans le désert d'Atacama au Chili. L'optique adaptative aide à corriger les distorsions causées par l'atmosphère terrestre qui rendent les objets flous, le même effet qui fait scintiller les étoiles vues de la Terre. Grâce à de telles corrections, SPHERE a pu imager Cléopâtre, située à 200 millions de kilomètres de la Terre au plus près, même si sa taille apparente dans le ciel équivaut à celle d'une balle de golf à environ 40 kilomètres.

Le prochain télescope extrêmement grand (ELT) de l'ESO, avec ses systèmes d'optique adaptative avancés, sera idéal pour l'imagerie d'astéroïdes distants tels que Cléopâtre. "J'ai hâte de pointer l'ELT sur Cléopâtre, pour voir s'il y a plus de lunes et affiner leurs orbites pour détecter les petits changements, " ajoute Marchis.