En étudiant les marques d'impact à la surface de l'astéroïde Bennu, la cible de la mission OSIRIS-REx de la NASA, une équipe de chercheurs dirigée par l'Université de l'Arizona a découvert le passé de l'astéroïde et a révélé qu'en dépit de sa formation il y a des centaines de millions d'années, Bennu n'a erré dans le voisinage de la Terre que très récemment.

L'étude, publié dans la revue La nature, fournit une nouvelle référence pour comprendre l'évolution des astéroïdes, offre un aperçu d'une population mal comprise de débris spatiaux dangereux pour les engins spatiaux, et améliore la compréhension des scientifiques du système solaire.

Les chercheurs ont utilisé des images et des mesures au laser prises au cours d'une phase d'arpentage de deux ans au cours de laquelle le vaisseau spatial OSIRIS-REx de la taille d'une camionnette a orbité Bennu et a battu le record du plus petit vaisseau spatial à orbiter autour d'un petit corps.

Présenté lors de la journée d'ouverture de la réunion de la Division des sciences planétaires de l'American Astronomical Society le 26 octobre, l'article détaille les premières observations et mesures de cratères d'impact sur des rochers individuels sur une surface planétaire sans air depuis les missions Apollo vers la lune il y a 50 ans, selon les auteurs.

La publication intervient quelques jours seulement après une étape importante pour la mission OSIRIS-REx dirigée par l'Université d'Arizona de la NASA. Le 20 octobre, le vaisseau spatial est descendu avec succès vers l'astéroïde Bennu pour prélever un échantillon de sa surface dispersée par des rochers, une première pour la NASA. L'échantillon a maintenant été arrimé avec succès et sera renvoyé sur Terre pour étude en 2023, où il pourrait donner aux scientifiques un aperçu des premières étapes de la formation de notre système solaire.

Les cratères d'impact sur les rochers racontent une histoire

Bien que la Terre soit bombardée de plus de 100 tonnes de débris spatiaux chaque jour, il est pratiquement impossible de trouver une paroi rocheuse creusée par des impacts de petits objets à des vitesses élevées. Grâce à notre atmosphère, nous pouvons profiter de tout objet plus petit que quelques mètres comme une étoile filante plutôt que d'avoir à craindre d'être frappé par ce qui équivaut essentiellement à une balle venue de l'espace.

Les corps planétaires dépourvus d'une telle couche protectrice, cependant, supporter de plein fouet un barrage cosmique perpétuel, et ils ont les cicatrices à montrer pour cela. Les images haute résolution prises par la sonde spatiale OSIRIS-REx au cours de sa campagne d'enquête de deux ans ont permis aux chercheurs d'étudier même de minuscules cratères, avec des diamètres allant du centimètre au mètre, sur les rochers de Bennu.

En moyenne, l'équipe a trouvé des rochers de 1 mètre (3 pieds) ou plus marqués par une à 60 fosses, impactés par des débris spatiaux dont la taille varie de quelques millimètres à des dizaines de centimètres.

"J'ai été surpris de voir ces caractéristiques à la surface de Bennu, " a déclaré l'auteur principal de l'article, Ronald Ballouz, chercheur postdoctoral au Laboratoire lunaire et planétaire de l'UArizona et scientifique du groupe de travail sur le développement des régolithes OSIRIS-REx. "Les roches racontent leur histoire à travers les cratères qu'elles ont accumulés au fil du temps. Nous n'avons rien observé de tel depuis que les astronautes ont marché sur la lune."

Pour Ballouz, qui a grandi dans les années 1990 dans l'après-guerre civile de Beyrouth, Liban, l'image d'une surface rocheuse parsemée de petits cratères d'impact a évoqué des souvenirs d'enfance de murs de construction criblés de balles dans son pays d'origine déchiré par la guerre.

"L'endroit où j'ai grandi, les bâtiments ont des impacts de balles partout, et je n'y ai jamais pensé, " il a dit. " C'était juste une réalité de la vie. Donc, quand j'ai regardé les images de l'astéroïde, j'étais très curieux, et j'ai immédiatement pensé qu'il s'agissait de caractéristiques d'impact."

Les observations faites par Ballouz et son équipe comblent un fossé entre les études précédentes de débris spatiaux de plus de quelques centimètres, basé sur les impacts sur la lune, et des études d'objets de moins de quelques millimètres, sur la base d'observations de météores entrant dans l'atmosphère terrestre et d'impacts sur des engins spatiaux.

"Les objets qui ont formé les cratères sur les rochers de Bennu se situent dans cet écart dont nous ne savons pas grand-chose, " Ballouz a dit, ajoutant que les roches dans cette gamme de taille sont un domaine d'étude important, principalement parce qu'ils représentent des dangers pour les engins spatiaux en orbite autour de la Terre. "Un impact d'un de ces objets de taille millimétrique à centimétrique à des vitesses de 45, 000 milles à l'heure peuvent être dangereux."

Ballouz et son équipe ont développé une technique pour quantifier la force d'objets solides en utilisant des observations à distance de cratères à la surface des rochers - une formule mathématique qui permet aux chercheurs de calculer l'énergie d'impact maximale qu'un rocher d'une taille et d'une force données pourrait supporter avant d'être brisé. En d'autres termes, la distribution des cratères trouvée sur Bennu aujourd'hui conserve un enregistrement historique de la fréquence, la taille et la vitesse des événements d'impact que l'astéroïde a connus tout au long de son histoire.

"L'idée est en fait assez simple, " Ballouz a dit, en utilisant un bâtiment exposé à des tirs d'artillerie comme analogie avec des rochers sur un astéroïde. "Nous demandons, « Quel est le plus grand cratère que vous puissiez faire sur ce mur avant que le mur ne se désintègre ? » Sur la base d'observations de plusieurs murs de la même taille, mais avec des cratères de tailles différentes, vous pouvez avoir une idée de la force de ce mur."

Il en va de même pour un rocher sur un astéroïde ou un autre corps sans air, dit Ballouz, qui a ajouté que l'approche pourrait être utilisée sur tout autre astéroïde ou corps sans air que les astronautes ou les engins spatiaux pourraient visiter à l'avenir.

"Si un rocher est touché par quelque chose de plus gros qu'un objet qui laisserait une certaine taille répondre, il disparaîtrait tout simplement, " expliqua-t-il. En d'autres termes, la distribution de la taille des rochers qui ont persisté sur Bennu servent de témoins silencieux de son passé géologique.

Un nouveau venu dans le quartier de la Terre

Appliquer la technique à des rochers dont la taille va des cailloux aux parkings, les chercheurs ont pu faire des déductions sur les tailles et le type d'impacteurs auxquels les rochers ont été exposés, et pour combien de temps.

Les auteurs concluent que les plus grands cratères sur les rochers de Bennu ont été créés alors que Bennu résidait dans la ceinture d'astéroïdes, où les vitesses d'impact sont plus faibles que dans l'environnement proche de la Terre, mais sont plus fréquents et souvent proches de la limite de ce que les rochers pourraient supporter. Cratères plus petits, d'autre part, ont été acquis plus récemment, pendant le temps de Bennu dans l'espace proche de la Terre, où les vitesses d'impact sont plus élevées mais les impacteurs potentiellement perturbateurs sont beaucoup moins courants.

Sur la base de ces calculs, les auteurs déterminent que Bennu est un nouveau venu relatif dans le voisinage de la Terre. Bien qu'on pense qu'il s'est formé dans la ceinture principale d'astéroïdes il y a plus de 100 millions d'années, on estime qu'il a été expulsé de la ceinture d'astéroïdes et a migré vers son territoire actuel il y a seulement 1,75 million d'années. Étendre les résultats à d'autres objets géocroiseurs, ou NEO, les chercheurs suggèrent également que ces objets proviennent probablement de corps parents qui entrent dans la catégorie des astéroïdes, qui sont pour la plupart rocheux avec peu ou pas de glace, plutôt que des comètes, qui ont plus de glace que de roche.

Alors que les modèles théoriques suggèrent que la ceinture d'astéroïdes est le réservoir des objets géocroiseurs, aucune preuve d'observation de leur provenance n'était disponible autre que des météorites qui sont tombées sur Terre et ont été collectées, dit Ballouz. Avec ces données, les chercheurs peuvent valider leurs modèles d'origine des objets géocroiseurs, selon Ballouz, et obtenez une idée de la force et de la solidité de ces objets - des informations cruciales pour toutes les missions potentielles ciblant les astéroïdes à l'avenir pour la recherche, l'extraction des ressources ou la protection de la Terre contre les impacts.