Figure 1 :spectres 203 Pompeja et 269 Justitia. L'axe horizontal marque la longueur d'onde, tandis que l'axe vertical montre l'intensité de réflectance, normalisée à celle à une longueur d'onde de 0,55 microns. Les longueurs d'onde plus longues ont une intensité plus élevée, qui est dit plus "rouge". Si l'intensité diminue avec l'allongement de la longueur d'onde, on dit que les spectres deviennent plus « bleus ». Crédit :Hasegawa et al. 2021
Deux astéroïdes (203 Pompeja et 269 Justitia) ont été découverts avec un spectre plus rouge que tout autre objet dans la ceinture d'astéroïdes entre Mars et Jupiter. La découverte a été dirigée par HASEGAWA Sunao, Chercheur associé senior à ISAS JAXA, avec une équipe internationale de chercheurs du MIT, l'Université d'Hawaï, Université Nationale de Seoul, Université de Kyoto et Laboratoire d'Astrophysique de Marseille
Ces deux astéroïdes ont une pente spectrale plus raide que les astéroïdes de type D, qui étaient considérés comme les objets les plus rouges de la ceinture d'astéroïdes. Plutôt, leur spectre ressemble à celui des objets transneptuniens et des centaures du système solaire externe qui ont un spectre très rouge.
Des observations spectroscopiques suggèrent la présence de matière organique complexe à la surface de ces astéroïdes. Il est possible que ces objets se soient formés près du bord extérieur du système solaire et aient migré vers la ceinture d'astéroïdes pendant les premiers stades de la formation du système solaire. Cette découverte fournit donc de nouvelles preuves que les planétésimaux formés à la périphérie du système solaire se sont déplacés vers la ceinture d'astéroïdes à l'intérieur de l'orbite de Jupiter.
Les résultats de cette recherche ont été publiés dans le Lettres de revues astrophysiques , une revue académique de l'American Astronomical Society (AAS), le 26 juillet, 2021.
Fond
La structure interne d'une grande planète telle que la Terre est différenciée dans le noyau, manteau et croûte. Cependant, de tels corps différenciés qui ont perdu la plupart des informations sur leur formation avant la différenciation qui s'est produite pendant les premiers stades de la formation du système solaire. Pour plus d'informations sur cette époque, nous devons examiner des objets indifférenciés (primitifs). On pense que certaines météorites qui ont atterri sur la Terre ont été éjectées de corps mineurs primitifs tels que des astéroïdes. Les météorites à chondrite ordinaires et les météorites à chondrite carbonée en sont des exemples typiques. On pense que les chondrites ordinaires sont dérivées de corps célestes qui se sont formés dans la région intérieure du système solaire, dans la ligne de neige de glace d'eau, tandis que les chondrites carbonées se seraient formées dans la région externe au-delà de la ligne de neige de la glace d'eau.
On sait que de tels objets primitifs occupent la majeure partie de la ceinture d'astéroïdes (entre 2,1 et 3,3 unités astronomiques, AU) qui se trouve dans le système solaire entre Mars (à 1,5 au) et Jupiter (5,2 au). Les astéroïdes qui correspondent aux météorites chondrites ordinaires sur Terre sont appelés astéroïdes de type S, et un échantillon d'un membre de cette classe de type S, astéroïde 25143 Itokawa, a été ramené sur Terre par le Hayabusa (MUSES-C). Les astéroïdes censés correspondre à des météorites à chondrites carbonées sont connus sous le nom d'astéroïdes de type C et l'échantillon de l'astéroïde 162173 Ryugu renvoyé par le vaisseau spatial Hayabusa2 est un exemple de cette classe d'astéroïdes.
La distribution des astéroïdes de type S/C au sein de la ceinture d'astéroïdes a une grande proportion d'astéroïdes de type S dans la partie interne de la ceinture d'astéroïdes, tandis que la proportion d'astéroïdes de type C augmente vers le bord extérieur. Cette disposition est attendue, mais ce n'est pas une distribution "nette", mais plutôt "floue". L'observation de cette distribution est considérée comme la preuve que les astéroïdes se sont déplacés dans une direction radiale à travers le système solaire et se sont mélangés lors de la formation de la ceinture d'astéroïdes que nous voyons aujourd'hui.
Plus loin dans le système solaire se trouvent les astéroïdes de type D. Juste à l'extérieur de la ceinture d'astéroïdes se trouve un groupe de petits corps connus sous le nom de Cybèle (3,3 à 3,7 au), qui se composent principalement d'astéroïdes de type D. Les astéroïdes de type D forment également la moitié de la population d'objets du groupe plus éloigné de Hilda (3,7-4,2 au) et celui des chevaux de Troie de Jupiter (environ 5,2 au). La météorite de Tagish Lake est considérée comme une météorite de type D et son analyse suggère qu'elle est la plus primitive des chondrites carbonées. Les astéroïdes de type D sont également connus pour avoir un spectre similaire à celui des comètes, qui sont connus pour contenir beaucoup de composants volatils tels que l'eau et le dioxyde de carbone. À en juger par l'analyse des météorites de Tagish et les résultats de l'observation des comètes, on pense que des astéroïdes de type D se sont formés au-delà de la ligne de neige carbonique, où le dioxyde de carbone a formé des particules solides (ainsi que de la glace d'eau).
En regardant vers le bord extérieur du système solaire autour de Neptune, il existe de nombreux objets transneptuniens et centaures qui ressemblent aux astéroïdes de la ceinture d'astéroïdes. Certains de ces objets se sont rapprochés de la Terre sous forme de comètes, mais la question est restée de savoir s'il y a des objets dans la ceinture d'astéroïdes qui ont migré de plus loin où les astéroïdes de type D se sont formés au cours des premiers stades de la formation du système solaire.
Résultats de recherche
Dans la ceinture d'astéroïdes, les astéroïdes d'une taille supérieure à ~ 100 km de diamètre sont généralement considérés comme ayant évité une destruction catastrophique et sont considérés comme la population survivante des planétésimaux qui se sont formés au début de la formation du système solaire. Notre équipe de recherche internationale a donc mené une étude spectroscopique d'astéroïdes d'un diamètre de ~100 km ou plus dans la ceinture d'astéroïdes pour acquérir des données spectroscopiques dans le proche infrarouge pour des objets qui n'avaient pas de données d'observation préalablement obtenues afin de découvrir la distribution des planétésimaux et la composition de tels objets lors de la formation de la ceinture d'astéroïdes.
Dans le relevé spectroscopique, nous avons découvert que 203 Pompeja, d'un diamètre de 110 km, a un spectre plus rouge que celui des astéroïdes de type D (Figure 1). Par ailleurs, l'examen des observations passées a révélé que 269 Justitia, d'un diamètre de 55 km et dont le spectre très rouge avait été préalablement enregistré, a une rougeur similaire à celle de 203 Pompeja (Fig. 1).
Dans la figure de gauche, les spectres typiques des astéroïdes géocroiseurs actuellement connus, Les astéroïdes de la ceinture d'astéroïdes et les astéroïdes de Troie qui sont des astéroïdes sombres avec un albédo (réflectance absolue) de 0,1 ou moins sont comparés aux spectres de 203 Pompeja et 269 Justitia. L'astéroïde 162173 Ryugu est un astéroïde de type C, tandis que Bennu (destination de la mission OSIRIS-REx de la NASA) est de type B. Les astéroïdes de type D ont le spectre le plus rouge des astéroïdes et sont abondants dans la population troyenne. Vous pouvez voir que 203 Pompeja et 269 Justitia sont plus rouges que même l'astéroïde de type D le plus rouge.
Figure 2: Évolution du système solaire. Créé en référence à Neveu &Vernazza, 2019 et DeMeo &Carry, 2014. Crédit :NASA, JAXA
La figure de droite est une comparaison des lunes sombres et glacées, Centaures et objets du système solaire du bord extérieur avec un albédo de 0,1 ou moins, avec 203 Pompeja et 269 Justitia. On peut voir que 203 Pompeja et 269 Justitia ont des spectres similaires à ces objets transneptuniens.
Astéroïdes à spectre très rouge, tels que 203 Pompeja et 269 Justitia, n'ont jamais été trouvés dans la ceinture d'astéroïdes, Cybèle, Groupes de chevaux de Troie Hilda ou Jupiter. Mais lorsque nous regardons le bord extérieur du système solaire, ces lointains corps célestes et centaures sont connus pour avoir des spectres similaires voire plus rouges. La comparaison spectroscopique a révélé que 203 Pompeja et 269 Justitia partagent des caractéristiques spectrales similaires avec les corps célestes externes du système solaire et ceux des Centaures (Fig. 1).
Previous studies have pointed to the surfaces of the trans-Neptunian objects and Centaurs, which have a redder spectra than the D-type asteroids, being covered with complex organic matter. These two objects in the asteroid belt may therefore also be covered with organic matter.
Scientific significance of this research
The surface of trans-Neptunian objects and Centaurs are covered with complex organics, which are thought to be produced from simple organic compounds such as methane and methanol ice.
D'autre part, the analysis of meteorites thought to correspond to the D-type asteroids suggests that D-type asteroids formed further out than the carbon dioxide snow line.
The three snow lines related to this work are the water ice snow line, the carbon dioxide snow line and the organic compound snow line, and are located steadily further from the sun in this order.
Let's now look at the evolution of planetesimals from the perspective of the solar system formation model. In the classical solar system formation model, the planets did not move from their location during the early stages of formation to the present day. Cependant, more recent models suggest that the movement of planets such as Jupiter in the early solar system caused the gravitational field to shift and mixing to occur.
Combining the idea of the snow lines with the latest solar system formation model, the following can be supposed:
The distribution of asteroids within the asteroid belt show that asteroids with a very red spectra are much less common than D-type asteroids (Figure 2). This is consistent with the location of the snow lines combined with the latest solar system formation model, and is supporting evidence for this model of solar system formation.
Asteroid 162173 Ryugu, from which Hayabusa2 returned a sample, is a C-type asteroid and thought to have formed outside the water ice snow line before moving to a position closer to the Earth (Fig. 2).
Cependant, asteroids 203 Pompeja and 269 Justitia that were discovered here are thought to have been formed near the outer edge of the solar system beyond the distant organic snow line and then moved to the asteroid belt during the early epoch of the solar system's formation (Fig. 2).
By exploring these kinds of objects, it is highly possible that information regarding the outer regions of the solar system beyond the organic compound snow line during the solar system's formation can be obtained without having to travel to the outer edge of the solar system. This is worth considering as candidate destination mission targets in the future.
