Vue d'artiste du double astéroïde NEO 1999 KW4. Crédit :ESO
C'est une convention astronomique bien connue que la Terre n'a qu'un seul satellite naturel, qui est connu (quelque peu de manière peu créative) comme "la lune". Cependant, les astronomes savent depuis un peu plus d'une décennie que la Terre a également une population de ce qu'on appelle des « lunes transitoires ». Il s'agit d'un sous-ensemble d'objets géocroiseurs (NEO) qui sont temporairement ramassés par la gravité terrestre et orbitent autour de notre planète.
Selon une nouvelle étude réalisée par une équipe d'astronomes finlandais et américains, ces orbiteurs temporairement capturés (TCO) pourraient être étudiés avec le Large Synoptic Survey Telescope (LSST) au Chili, qui devrait devenir opérationnel d'ici 2020. En examinant ces objets avec le télescope de nouvelle génération, les auteurs de l'étude soutiennent que nous avons beaucoup à apprendre sur les objets géocroiseurs, et même commencer à y mener des missions.
L'étude, récemment paru dans la revue Icare , était dirigé par Grigori Fedorets, un doctorant du département de physique de l'Université d'Helsinki. Il a été rejoint par des physiciens de l'Université de Technologie de Luleå, l'Institut de recherche intensive en données en astrophysique et cosmologie (DIRAC) de l'Université de Washington, et l'Université d'Hawaï.
Le concept de TCO a été postulé pour la première fois en 2006 suite à la découverte et à la caractérisation du RH120, un objet mesurant deux à trois mètres (6,5 à 10 pieds) de diamètre qui tourne normalement autour du soleil. Tous les 20 ans environ, il se rapproche du système Terre-Lune et est temporairement capturé par la gravité terrestre.
Des observations ultérieures d'objets géocroiseurs tels que l'astéroïde 1991 VG et le météore EN130114 ont ajouté du poids à cette théorie et ont permis aux astronomes d'imposer des contraintes sur les populations de TCO. Cela a conduit à la conclusion que les satellites capturés temporairement appartiennent à deux populations. D'un côté, il y a des TCO, qui font l'équivalent d'au moins une révolution autour de la Terre tout en étant capturés.
Seconde, il y a des survols temporairement capturés (TCF), qui font l'équivalent de moins d'un tour tout en étant capturés. Selon Fedorets et ses collègues, ces objets sont une cible attrayante pour la recherche et le rendez-vous avec les engins spatiaux, soit sous la forme de missions de la taille d'un CubeSat ou d'engins spatiaux plus grands qui pourraient effectuer des missions de retour d'échantillons.
Pour commencer, l'étude de ces objets permettrait aux astronomes de contraindre la taille et la fréquence des objets géocroiseurs dont la taille varie d'un dixième de mètre à 10 mètres de diamètre, qui ne sont pas bien compris. Typiquement, ces objets sont trop petits et trop faibles pour que la plupart des télescopes et des techniques puissent les observer efficacement.
Le suivi et l'étude de cette classe spéciale d'objets géocroiseurs est l'endroit où le LSST entre en jeu. En raison de sa haute résolution et de sa sensibilité, le LSST devrait devenir l'une des principales installations pour la découverte d'objets géocroiseurs et d'objets potentiellement dangereux qui sont autrement très difficiles à détecter. Comme Fedorets l'a dit à l'univers Today par e-mail :
"[M]ême pour LSST, la grande majorité des lunes transitoires seront trop faibles pour être découvertes. Cependant, ce sera le seul levé capable de découvrir régulièrement des lunes transitoires… Les caractéristiques du LSST particulièrement adaptées à la détection du TCO incluent :un large champ de vision; grandeur limite V=24,7, permettre des détections d'objets faibles ; mode opérationnel avec observations dos à dos et suivi rapide d'un même champ initialement dans la même nuit, aider à identifier les objets traînés se déplaçant rapidement."
Une fois qu'il est opérationnel, le télescope LSST mènera une enquête sur 10 ans qui abordera certaines des questions les plus urgentes sur la structure et l'évolution de l'univers. Ceux-ci incluent les mystères de la matière noire et de l'énergie noire ainsi que la formation et la structure de la Voie lactée. Il consacrera également du temps d'observation au système solaire dans l'espoir d'en savoir plus sur les populations de planètes mineures et les objets géocroiseurs.
Vue d'artiste du grand télescope synoptique. Crédit :lsst.org
Pour déterminer combien de TCO le LSST détectera, l'équipe a effectué une série de simulations. Leur travail s'appuie sur une étude précédente menée en 2014 par le Dr Bryce Bolin de Caltech et ses collègues, dans lequel ils ont évalué les installations astronomiques actuelles et de prochaine génération. C'est cette étude qui a suggéré que le LSST serait extrêmement efficace pour détecter les lunes transitoires.
Pour leur étude, Fedorets a reconsidéré le travail de Bolin et a mené sa propre analyse. Il a écrit, "[Une] population synthétique de lunes transitoires a été testée dans la simulation de pointage du LSST. L'analyse initiale a montré que le système de traitement des objets mobiles du LSST ne pouvait reconnaître que trois objets en quatre ans (cadence de trois détections sur une période de 15 jours). Cela semblait [comme] un petit nombre, nous avons donc effectué une analyse supplémentaire. Nous avons sélectionné toutes les observations avec au moins deux observations, et effectué la détermination de l'orbite et la liaison orbitale avec des méthodes alternatives aux MOPS. Ce traitement spécial a augmenté le nombre de candidats lunaires transitoires observables d'un ordre de grandeur."
À la fin, Fedorets et son équipe ont conclu qu'en utilisant le LSST et le logiciel moderne d'identification automatique des astéroïdes, en particulier, un système de traitement des objets en mouvement (MOPS) :un TCO pourrait être découvert une fois par an. Ce taux pourrait être porté à un TCO tous les deux mois si des outils logiciels supplémentaires sont développés spécifiquement pour l'identification des TCO qui pourraient compléter une MOPS de base.
Finalement, l'étude des TCO sera bénéfique aux astronomes pour un certain nombre de raisons. Pour commencer, il existe un fossé entre l'étude des plus gros astéroïdes et celle des petits bolides, de petits météores qui brûlent régulièrement dans l'atmosphère terrestre. Ceux qui tombent entre les deux, qui mesurent généralement entre un et 40 mètres (~trois à 130 pieds) de diamètre, ne sont actuellement pas bien contraints.
Vue d'ensemble d'un artiste sur le concept de mission du vaisseau spatial Comet Interceptor, qui volera depuis le voisinage de la Terre pour se rendre au rendez-vous avec une comète de longue période ou un objet interstellaire en provenance du système solaire externe. Crédit :ESA
"Les lunes transitoires sont une bonne population pour restreindre cette plage de taille, comme dans ces gammes de tailles, ils doivent apparaître régulièrement et être détectés au LSST, " dit Fedorets. " De plus, Les TCO sont des cibles exceptionnelles pour les missions [in-situ]. Ils ont été livrés "gratuitement" au voisinage de la Terre. Par conséquent, une quantité relativement faible de carburant est nécessaire pour les atteindre. Les missions potentielles pourraient être conçues comme des missions de survol in situ (par exemple, de la classe CubeSat), ou comme premières étapes de l'utilisation des ressources d'astéroïdes."
Un autre avantage de l'étude de ces objets est qu'ils aideront les astronomes à mieux comprendre les objets potentiellement dangereux (PHO). Ce terme est utilisé pour décrire les astéroïdes qui croisent périodiquement l'orbite de la Terre et présentent un risque de collision. Bien qu'ils aient des caractéristiques d'observation similaires aux TCO, ils peuvent être discernés sur la seule base de leurs orbites.
Bien sûr, Fedorets a souligné que si les TCO passent des mois sur des orbites géocentriques, une éventuelle mission pour étudier l'un d'entre eux devrait être de nature à réaction rapide. Heureusement, l'ESA développe une telle mission sous la forme de leur Comet Interceptor, qui sera lancé sur une orbite d'hibernation stable et activé une fois qu'une comète ou un astéroïde entrera en orbite terrestre.
Une meilleure compréhension des satellites temporaires de la Terre, les objets potentiellement dangereux et les astéroïdes géocroiseurs ne sont que l'un des nombreux avantages attendus des télescopes de nouvelle génération comme le LSST. Ces instruments permettront non seulement aux astronomes de voir plus loin et avec plus de clarté, élargissant ainsi notre connaissance du système solaire et du cosmos, ils pourraient également assurer notre survie à long terme en tant qu'espèce.
