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De nouvelles observations d'astéroïdes réécrivent l'histoire de notre système solaire
Il n’y a rien de tel que la gravité d’une comète aux couleurs vives en orbite autour du soleil tard dans la nuit. Mais ce sont sans doute les vilains astéroïdes anciens qui nous permettent de mieux comprendre comment notre système solaire a évolué d'une masse massive de gaz et de poussière à la nébuleuse proto-solaire qui a donné naissance à notre soleil flamboyant d'hydrogène. Un nombre vertigineux de planètes, dont la Terre, ont rapidement suivi.
Les astéroïdes ne sont peut-être pas les objets les plus attractifs du système solaire. Mais à bien des égards, nous sommes un sous-produit des astéroïdes, car ils ont probablement fourni une quantité importante d’eau terrestre et de précurseurs moléculaires prébiotiques à la riche chimie à partir de laquelle nous avons évolué.
Mais jusque dans les années 1990, on savait peu de choses sur leur composition et leur diversité. Mais au cours de la dernière décennie, des études en laboratoire, des missions spatiales et des observations au sol ont réécrit le livre sur ces débris restants de la formation de notre système solaire, il y a environ 4,56 milliards d’années.
Pour information, l'instrument SPHERE (Spectral and Polarization High Variance Exoplanet Research), désormais opérationnel au Very Large Telescope de l'Observatoire européen austral, a déjà effectué des observations détaillées de 42 des plus gros objets de la ceinture principale d'astéroïdes.
Cet instrument SPHERE a été développé pour étudier les planètes autour d'autres étoiles, mais notre équipe l'utilise pour étudier la forme des astéroïdes, m'a expliqué l'astronome planétaire Michael Marcet, chercheur à l'Observatoire européen austral, dans les bureaux de l'ESO à Santiago. Si vous pouvez mesurer sa forme pendant sa rotation, vous pouvez mesurer son volume, et si vous avez une estimation de sa masse, vous connaîtrez sa densité apparente, dit-il. Il souligne qu’il s’agit d’un indicateur important pour comprendre sa composition interne.
Tirez le meilleur parti des images haute résolution
«Je m'intéresse à tous les amas de petits objets de notre système solaire, dont la taille varie de quelques mètres à quelques kilomètres», explique Marcet. Pour la première fois, grâce à cette nouvelle génération d'outils comme SPHERE, nous pouvons analyser ces objets sur des centaines de pixels photographiques, explique-t-il.
SPHERE peut également imager les caractéristiques géologiques de la surface de l'astéroïde, explique Marcet.
Marcet et ses collègues ont découvert que la répartition de la densité des astéroïdes dans la ceinture principale d'astéroïdes est bimodale, environ la moitié des objets ayant des densités similaires à celles des silicates. On pense que l’autre moitié contient une part importante d’espèces chimiques plus légères et plus volatiles, notamment de la glace d’eau.
Cela signifie que près de la moitié des objets actuellement présents dans la ceinture principale d'astéroïdes (située entre Mars et Jupiter) ne se sont pas formés à leur emplacement naturel, mais se sont plutôt accumulés plus loin, explique Marcet.
Certains pourraient provenir de la ceinture de Kuiper en forme de beignet, une région circumstellaire de corps glacés au-delà de l'orbite de Neptune. Si certains de ces astéroïdes sont effectivement originaires d’aussi loin que la ceinture de Kuiper, le moment exact de la façon dont ils ont été projetés sur leurs orbites actuelles est encore inconnu. Mais on pense que cela impliquait la migration de Jupiter vers l’intérieur et celle de Neptune vers l’extérieur.
Faire le lien entre les météorites et les astéroïdes
Les astéroïdes sont exposés au vent solaire, au bombardement de micrométéoroïdes et à toute une série de processus physiques qui peuvent modifier leurs propriétés spectrales, explique Marcet. Par conséquent, nous devons bien comprendre ces processus et la façon dont le rayonnement solaire cuit la surface de l'astéroïde afin de pouvoir établir cette relation entre les mesures de laboratoire et les mesures astronomiques, dit-il.
La plupart de ce que nous savons sur notre disque planétaire provient d’études en laboratoire sur les météorites et les particules de poussière interplanétaires. Mais c’est la composition chimique et isotopique des météorites qui nous renseigne sur les conditions thermiques et chimiques qui prévalaient avant la formation complète de nos planètes.
Cependant, nous avons besoin d'observations astronomiques pour relier les mesures effectuées en laboratoire à des endroits précis de notre système solaire, explique Marcet. En reliant ces météorites à des emplacements spécifiques, dit-il, nous pouvons déterminer où ces processus se produisent dans le disque protoplanétaire.
Les réponses nécessitent des recherches continues sur Terre ainsi que dans l’espace.
La question reste ouverte de savoir si la diversité des molécules organiques complexes trouvées sur Terre s'est formée au début de l'évolution chimique de notre planète ou si elle a été importée d'autres corps, explique Marcet. «J'aimerais vraiment comprendre la contribution de ces astéroïdes à l'émergence de la vie sur Terre», dit-il.
L'ELT de l'ESO devrait aider
L'ESO affirme que le prochain Very Large Telescope de l'Observatoire européen austral étudiera un astéroïde de la ceinture principale d'un diamètre allant jusqu'à 35 km et des cratères allant jusqu'à environ 10 km.
Qu’est-ce qui surprend le plus Marcette dans ces petits objets ?
L’étonnante variété de ces choses à tous les niveaux ; Chacun d’eux est son propre monde, avec sa propre histoire à raconter sur notre système solaire, explique Marcet. Certains tournent autour de notre soleil sur de simples orbites circulaires ; D'autres, dit-il, se livrent à des danses fébriles avec Jupiter ou Neptune. Mais chaque nuit, nous mesurons ces observables qui améliorent notre compréhension de l’évolution de notre système solaire jusqu’à sa structure actuelle.
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La Chine construit un réseau de radars pour soutenir les prévisions météorologiques spatiales mondiales-China.org.cn
Cette image non datée fournie par le Centre national des sciences spatiales (NSSC) montre des radars à diffusion cohérente haute fréquence situés dans la région autonome ouïgoure du Xinjiang, dans le nord-ouest de la Chine. [Photo/Xinhua]
La Chine a construit un réseau de radars à haute fréquence aux latitudes moyennes dans les régions du nord du pays afin de fournir des données de détection de haute qualité pour les prévisions et les alertes météorologiques spatiales mondiales.
Le premier lot de résultats de découvertes scientifiques du réseau a été publié lors d’un atelier international sur le réseau de radars super doubles auroral (SuperDARN), qui s’est ouvert lundi à Pékin.
Le réseau, établi par le Centre national des sciences spatiales (NSSC) de l’Académie chinoise des sciences, a été achevé en octobre 2023. Il fait également partie de la deuxième phase du projet chinois Meridian, un réseau de surveillance de la météo spatiale comprenant des stations au sol.
Le Conseil de sécurité nationale a déclaré que la Chine avait réalisé de nouvelles avancées dans la technologie des radars à diffusion cohérente à haute fréquence et dans la recherche scientifique, et qu’elle s’efforcerait d’approfondir la coopération internationale dans ce domaine.
L’ionosphère abrite toutes les particules chargées de l’atmosphère terrestre. Il abrite également de nombreux vaisseaux spatiaux, notamment des stations spatiales. Les scientifiques affirment que des irrégularités dans l’ionosphère pourraient perturber les signaux.
Six radars à diffusion cohérente à haute fréquence ont été installés dans la province du Jilin, dans la région autonome de Mongolie intérieure et dans la région autonome ouïgoure du Xinjiang, dans les régions du nord de la Chine.
Cette série de radars à haute fréquence permet une détection continue et à grande échelle des irrégularités ionosphériques dans les latitudes moyennes et élevées du secteur asiatique. La portée de détection peut atteindre 4 000 kilomètres du sud au nord, et la portée est-ouest dépasse 12 000 kilomètres, selon le NSSC.
La série de radars à haute fréquence devrait rejoindre le réseau SuperDARN, un réseau mondial de radars scientifiques qui surveillent les conditions dans l’environnement spatial proche de la Terre et permettent l’échange et le partage de données en temps réel avec des bases de données au Royaume-Uni et au Canada.
SuperDARN, qui compte des membres provenant de dizaines de pays, dont le Royaume-Uni, les États-Unis, le Canada, le Japon, la Chine, la France, l’Italie, la Norvège, l’Australie et l’Afrique du Sud, est également l’une des principales organisations internationales participant à l’International Meridian Circle. Le programme proposé par la Chine.
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Des courants d’étoiles étonnamment anciens pourraient être les éléments constitutifs de la Voie Lactée
Une visualisation de la Voie Lactée mettant en évidence deux flux d’étoiles anciennes récemment découverts, Shiva (vert) et Shakti (rose). Crédit : S. Payne-Wardenar / K. Mallahan/MPIA
Les archéologues hongrois, déchiffrant l’arbre généalogique complexe de notre galaxie, ont découvert deux autres branches : des flux primordiaux de milliers d’étoiles près du cœur de la Voie lactée qui pourraient être deux de ses premiers morceaux il y a au moins 12 milliards d’années. Les anciens amas se sont probablement formés avant même que le disque et les bras spiraux de la Voie lactée ne commencent à se former, fournissant ainsi de nouvelles informations sur la façon dont notre galaxie vieille de 13,6 milliards d’années s’est formée à ses débuts et s’est assemblée vers la spirale organisée que nous connaissons aujourd’hui.
Les étoiles des deux courants ont entre 12 et 13 milliards d’années, si vieilles que leurs découvreurs ont été étonnés de pouvoir les détecter, et encore moins les découvrir dans des amas aussi clairement distinguables. Les astronomes soupçonnent que ces filaments stellaires, chacun mesurant environ 10 millions de soleils, ont été laissés sur place lorsque leurs galaxies massives ont fusionné avec la Voie Lactée naissante, il y a environ 12 milliards d’années. Si cette hypothèse était confirmée par de futures observations, les astronomes auraient détecté la genèse de la Voie Lactée, représentant une époque où la Voie Lactée naissante se regroupait à la suite de multiples fusions avec des galaxies plus petites et malheureuses.
Les nouveaux brins d’étoiles ont été nommés Shiva et Shakti, en hommage au couple divin hindou dont l’union aurait créé l’univers. Shiva semble héberger environ 5 600 étoiles et Shakti environ 1 700 étoiles, et il reste probablement beaucoup d’autres étoiles à découvrir.
Shiva et Shakti sont « deux ajouts fascinants à la famille des mystères que nous accumulons dans les amas de la Voie lactée », explique Bob Benjamin, astronome à l’Université du Wisconsin-Whitewater, qui n’a pas été impliqué dans la découverte mais dans ses recherches. Se concentre sur la structure de la Voie Lactée. « Il y a un grand enthousiasme autour de cette idée car nous pouvons maintenant voir de très nombreux morceaux de la galaxie avec leurs propres histoires individuelles se réunir pour créer la galaxie que nous connaissons et aimons. »
Messages mitigés
Les étoiles de Shiva et de Shakti orbitent sur des « orbites tout à fait uniques » autour de la Voie lactée qui diffèrent des étoiles laissées par d’autres fusions de galaxies, explique Khyati Malhan de l’Institut Max Planck d’astronomie (MPIA) en Allemagne, qui a dirigé la découverte. Bien qu’ils soient les restes de deux galaxies distinctes, la composition chimique des deux amas d’étoiles est assez similaire, ce qui indique que leurs galaxies mères étaient également denses, explique Malhan.
Malhan et son collègue Hans-Walter Rex du MPIA ont découvert les étoiles en analysant les données envoyées par l’Observatoire européen Gaia, qui cartographie les mouvements et les spectres de millions d’étoiles dans notre galaxie. Il décrit le duo Shiva et Shakti un peu plus loin dans un article publié en mars dans la revue Journal d’astrophysique.
Pour reconstituer l’histoire de notre galaxie, les astronomes classent généralement les étoiles en deux groupes : celles nées à l’intérieur de notre galaxie et celles à l’extérieur de notre galaxie qui ont été absorbées par les puissantes forces de marée de notre galaxie. Les deux groupes ont généralement des compositions chimiques distinctes. Les étoiles in situ comme celles qui habitent le disque de notre galaxie sont riches en éléments plus lourds que l’hydrogène et l’hélium, dont le fer. Ces éléments se forment lorsque les étoiles sont « bien cuites sous pression » dans l’environnement dense de notre galaxie, explique Malhan. En revanche, les étoiles ex situ telles que celles dispersées dans la couronne relativement clairsemée ne contiennent pas de grands réservoirs de métaux lourds.
Étonnamment, les données de Gaia montrent que Shiva et Shakti manquent de fer, ce qui suggère qu’ils sont nés en dehors de notre galaxie et ont ensuite fusionné, mais qu’ils sont riches en d’autres éléments lourds généralement attribués aux étoiles locales. « C’est là que Shiva et Shakti nous envoient des signaux mitigés », dit Malhan. La précision cosmique a brouillé la véritable origine de ces étoiles, ce qui a pour effet d’améliorer notre compréhension des débuts de l’histoire de la Voie Lactée.
«Ils présentent un casse-tête intéressant», explique Benjamin. « En tant que scientifique, j’aime cette partie car elle signifie que nous avons des débats. »
Les étoiles nouvellement découvertes sont peut-être nées sur place, puis déplacées des profondeurs de notre galaxie vers leur site de découverte à environ 26 000 années-lumière du centre. Cela serait dû à la bande centrale de la Voie lactée, la structure dense de plusieurs milliers d’années-lumière qui relie les bras spiraux de la galaxie. Tout comme un ventilateur rotatif pousse les molécules d’air dans des poches denses, la barre tourbillonnante de notre galaxie « saisit » les étoiles, les rassemblant en amas bondés. Le « bar trapping », qui piège les étoiles sur des orbites en harmonie avec les orbites des barres, explique la chimie observée des nouvelles étoiles « assez simplement et facilement », explique l’astronome Vasiliy Belokurov de l’Université de Cambridge, qui étudie la formation des galaxies ( même s’il n’en était pas un). Participation à la nouvelle étude). « La bande aide : elle fait ressortir ces étoiles et nous les présente en quelque sorte. »
Si les étoiles ne sont qu’un artefact de la rotation de la barre, Malhan et Rex soutiennent que la chimie des nouvelles étoiles devrait être similaire aux débris d’une autre fusion de galaxies appelée Gaia-Sausage-Encelade d’il y a 10 milliards d’années, dont les restes représente un amas de galaxies. Des étoiles bleues dans le halo de notre galaxie. « Jusqu’à présent, cela ne semble pas être le cas », déclare Malhan.
«Le temps nous le dira», dit Benjamin. « Pour les raisons qu’ils ont données, je pense qu’ils ont la bonne explication. »
Cependant, tout le monde n’est pas convaincu que les débris du GSE constituent une comparaison précise avec les nouvelles étoiles. Belokurov souligne que les étoiles restantes de la fusion GSE ne passent pas de temps près du centre de la Voie lactée, où elles pourraient interagir avec sa barre, donc « elles ne peuvent pas vraiment être piégées », dit-il. « Une fois que vous réalisez cela, cela fait pencher la balance dans l’autre sens. »
Bien que Belokurov applaudisse la transparence de l’équipe en soulignant des alternatives à l’explication principale, il existe « une confusion de leur part quant à ce à quoi devrait ressembler la chimie de ces structures centrales si elles faisaient partie de la couronne piégée et tournée par la barre », dit-il. . .
Les données provenant du vaisseau spatial Gaia, dont le lancement est prévu début 2026, incluront des étoiles faibles et fourniront plus de détails sur l’origine de Shiva et Shakti. Même si les nouvelles étoiles finissent par ne pas être représentatives de la façon dont la Voie Lactée s’est formée, elles pourraient quand même révéler des indices intéressants sur la façon dont elle a évolué au fil des éons, dit Benjamin. « Pour moi, c’est tout aussi excitant. »
L’archéologie hongroise à travers les yeux de Gaia
Au cours d’entretiens, Benjamin, Malhan et d’autres astronomes ont loué à plusieurs reprises le vaisseau spatial Gaia pour son poids révolutionnaire dans le déchiffrement de l’histoire de notre galaxie. Malhan souligne qu’il y a à peine dix ans, la première fusion connue avec notre Voie lactée a eu lieu il y a 6 milliards d’années, lorsque la galaxie naine du Sagittaire est tombée dans notre galaxie. Précisément Cartographie des étoiles par Gaia Cependant, à partir d’étoiles de plus en plus faibles, les astronomes ont découvert en 2019 des débris issus d’une fusion GSE il y a 10 milliards d’années. La prétendue infusion de Shiva et Shakti révélée par Gaia il y a 12 milliards d’années ramène les astronomes dans le temps.
« C’est comme si quelqu’un disait : ‘Nous allons vous offrir chaque année une nouvelle paire de lunettes, qui amélioreront votre vision chaque année' », explique Benjamin. « Pense à quel point tu es excité. »
« Tous les outils et les connaissances que nous appliquons aujourd’hui existaient dans une certaine mesure il y a dix ans », ajoute Malhan. Cependant, les données de Gaia fournissent les vues les plus claires à ce jour de notre galaxie remontant à ses tout premiers débuts, dit-il. « C’est grâce à Gaia. »
Bien sûr, notre Voie lactée n’est pas la seule galaxie à avoir l’habitude de cannibaliser ses plus petits membres. Les astronomes savent grâce aux simulations cosmologiques que chaque galaxie évolue – et parfois se déchire – à travers des fusions qui se produisent sur des milliards d’années. Cependant, la rapidité avec laquelle une galaxie grandit ou meurt dépend en grande partie de facteurs exclusifs à sa situation dans notre univers, tels que la dispersion de son habitat avec d’autres galaxies.
« Chaque galaxie a sa propre histoire », explique Benjamin. « Mais ce qui est spécial dans notre galaxie, c’est que nous pouvons reconstituer son histoire. »
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