Un modèle développé à la Faculté de Physique du Technion, en collaboration avec des scientifiques allemands de Tübingen, explique les propriétés uniques d'Arrokoth, l'objet le plus éloigné jamais photographié dans le système solaire. Les résultats de l'équipe de recherche jettent un nouvel éclairage sur la formation des objets de la ceinture de Kuiper, des objets ressemblant à des astéroïdes au bord du système solaire, et pour comprendre les premiers stades de la formation du système solaire.

Les résultats, Publié dans La nature , expliquer les caractéristiques uniques du « bonhomme de neige, " connu officiellement sous le nom d'Arrokoth, et des photos de celui-ci ont été prises pour la première fois l'année dernière par la mission spatiale New Horizons de la NASA.

L'histoire commence en 2006 lorsque le vaisseau spatial robotique New Horizons a été envoyé pour prendre les premières images rapprochées de Pluton et étudier ses caractéristiques et son terrain. Après le lancement, New Horizons a fixé sa trajectoire vers Pluton, commencer un long voyage d'environ neuf ans. Afin de ne pas gaspiller de carburant et de ressources, la plupart de ses systèmes étaient en mode veille jusqu'à ce qu'il soit proche de sa cible Pluton.

De retour sur Terre, l'Union astronomique internationale a décidé de rétrograder Pluton de son statut de planète à celui de planète naine. En bref, le vaisseau spatial robotique New Horizons a été envoyé pour enquêter sur une planète, s'endormir, et s'est réveillé pour découvrir que Pluton n'était plus considéré comme une planète. Mais cela n'enlève rien à l'importance de la mission. New Horizons a fourni des images spectaculaires de Pluton et de sa lune Charon, et a fourni des informations scientifiques inestimables qui sont toujours à l'étude, et sera probablement étudié pendant des années. Ces études fourniront des données importantes pour comprendre la formation du système solaire, et en particulier la ceinture de Kuiper.

Mais il y a encore plus dans l'aventure New Horizons. Alors que Pluton est le plus gros objet dans les confins les plus éloignés du système solaire, ce n'est pas le seul. Au-delà de Neptune se trouve une région appelée la ceinture de Kuiper, composé d'innombrables objets ressemblant à des astéroïdes dont la taille varie de quelques pieds à des milliers de kilomètres. Les conditions dans ce domaine sont différentes (et en particulier, beaucoup plus froid), que sa ceinture d'astéroïdes « soeur » dans le système solaire interne, et les objets de la ceinture de Kuiper sont généralement constitués de matériaux beaucoup plus glacés.

Le vaisseau spatial New Horizon était équipé de suffisamment de ressources pour observer un autre objet de la ceinture de Kuiper si un tel objet pouvait être trouvé qui n'était pas trop éloigné de la trajectoire d'origine du vaisseau spatial. Le 26 juin, 2014, après une vaste enquête à la recherche de tels objets, un a été identifié par le télescope spatial Hubble. Suite à cette identification, l'équipe de recherche de New Horizons a conçu la trajectoire du vaisseau spatial afin qu'il passe à côté de l'objet nouvellement trouvé après avoir terminé sa mission de cartographie de Pluton. Cinq ans plus tard (et quatre après sa rencontre avec Pluton en 2015), New Horizons est passé à côté de l'objet. Le 1er janvier 2019, l'humanité a pris son premier gros plan d'un petit objet de la ceinture de Kuiper alors que le vaisseau spatial New Horizons l'a dépassé à seulement 3, 500 milles de distance.

Immédiatement après l'arrivée de ses premières images, l'objet de la ceinture de Kuiper (connu jusqu'à présent sous le nom de 2014 MU69) a été surnommé "le bonhomme de neige" en raison de son apparence unique. Les chercheurs de New Horizons l'ont initialement appelé Ultima Thule ("Le bord du monde" en latin), en raison de son éloignement au bord du système solaire. Mais l'objet a finalement été renommé 486958 Arrokoth, pour "ciel" ou "nuage" dans la langue amérindienne Powhatan maintenant éteinte.

New Horizons a rassemblé une mine d'informations sur le bonhomme de neige :il s'agit d'un binaire de contact de 30 kilomètres qui se compose de deux lobes de tailles différentes interconnectés par un cou mince, qui semble être le produit de deux objets plus petits de la ceinture de Kuiper qui sont entrés en collision pour former Arrokoth.

Bien que divers modèles aient été proposés pour expliquer la formation d'Arrokoth et ses propriétés particulières, ceux-ci ont rencontré des défis majeurs, et ne pouvait pas bien expliquer les caractéristiques importantes du bonhomme de neige, en particulier sa vitesse de rotation lente sur elle-même et son grand angle d'inclinaison. Dans leurs La nature article, les chercheurs du Technion présentent de nouveaux calculs analytiques et des simulations détaillées expliquant la formation et les caractéristiques d'Arrokoth.

La recherche a été dirigée par Ph.D. étudiant Evgeni Grishin, postdoc Dr Uri Malamud, et leur superviseur le professeur Hagai Perets, en collaboration avec le groupe de recherche allemand de Tübingen.

"Une simple collision à grande vitesse entre deux objets aléatoires dans la ceinture de Kuiper les briserait, car ils sont susceptibles d'être principalement constitués de glace molle, " dit M. Grishin. " D'autre part, si les deux corps tournaient l'un autour de l'autre sur une orbite circulaire (semblable à la lune en orbite autour de la Terre), puis lentement inspirés pour s'approcher plus doucement et entrer en contact, La vitesse de rotation d'Arrokoth aurait été extrêmement élevée, alors que la vitesse mesurée était en fait assez faible par rapport à de telles attentes. La rotation complète d'Arrokoth prend 15,92 heures. En outre, son angle d'inclinaison (par rapport au plan de son orbite autour du soleil) est très grand — 98 degrés — donc il se trouve presque sur le côté par rapport à son orbite, une particularité en soi."

"Selon notre modèle, ces deux corps tournent l'un autour de l'autre, mais parce qu'ils tournent ensemble autour du soleil, ils constituent fondamentalement un triple système, " dit-il. " La dynamique de tels systèmes triples est complexe et est connue sous le nom de problème à trois corps. La dynamique des systèmes triples gravitants est connue pour être très chaotique. Dans notre étude, nous avons montré que le système n'évoluait pas de manière simple et ordonnée, mais ne s'est pas non plus comporté de manière totalement chaotique."

"Il a évolué d'avoir un large, orbite relativement circulaire, dans un très excentrique, orbite elliptique à évolution lente (séculaire), beaucoup plus lent par rapport à la période orbitale d'Arrokoth autour du soleil, " a déclaré le professeur Perets. "Nous pourrions montrer que de telles trajectoires conduisent finalement à une collision, lequel, d'un côté, sera lent, et ne pas casser les objets, mais d'autre part, produire une rotation lente, objet très incliné, compatible avec les propriétés d'Arrokoth."

"Nos simulations détaillées ont confirmé cette image, et produit des modèles ressemblant étroitement à l'apparence du bonhomme de neige d'Arrokoth, rotation et inclinaison, " a déclaré le Dr Malamud, en conclusion.

Les chercheurs ont également étudié la robustesse et la probabilité de tels processus, et les a trouvés potentiellement assez communs avec jusqu'à 20% de tous les binaires larges de la ceinture de Kuiper, et potentiellement évoluant de manière similaire.

Jusqu'à maintenant, ont dit les chercheurs, il n'était pas possible d'expliquer les caractéristiques uniques d'Arrokoth. C'est un résultat contre-intuitif, mais la probabilité de collision dans de telles configurations augmente en fait à mesure que le binaire initial est plus largement séparé (mais toujours lié) et que l'angle d'inclinaison initial est plus proche de 90 degrés.

"Notre modèle explique à la fois la forte probabilité de collision ainsi que les données uniques du système unifié aujourd'hui, et en fait prédire que beaucoup plus d'objets dans la ceinture de Kuiper, " dit M. Grishin. " En fait, même le système de Pluton et de Charon pourrait s'être formé par un processus similaire, et ils semblent jouer un rôle important dans l'évolution des systèmes binaires et lunaires dans le système solaire.