Observer les conséquences de l'impact de l'astéroïde DART

Cette série d’images, prises avec l’instrument MUSE du Very Large Telescope de l’ESO, montre l’évolution du nuage de débris qui a été éjecté lorsque le vaisseau spatial DART de la NASA est entré en collision avec l’astéroïde Dimorphos. La première image a été prise le 26 septembre 2022, juste avant l’impact, et la dernière a été prise près d’un mois plus tard, le 25 octobre. Diverses structures se sont développées au cours de cette période : amas, spirales et une longue queue de poussière poussée par le rayonnement solaire. La flèche blanche sur chaque panneau indique la direction du Soleil Dimorphos orbite autour d’un astéroïde plus grand appelé Didymos. La barre horizontale blanche correspond à 500 kilomètres, mais les astéroïdes ne sont distants que de 1 kilomètre, ils ne peuvent donc pas être distingués sur ces images. Les traînées de fond vues ici sont dues au mouvement apparent des étoiles de fond pendant les observations pendant que le télescope suivait la paire d’astéroïdes. CRÉDIT ESO/Opitom et al.

À l’aide du Very Large Telescope (VLT) de l’ESO, deux équipes d’astronomes ont observé les conséquences de la collision entre le vaisseau spatial DART (Double Asteroid Redirection Test) de la NASA et l’astéroïde Dimorphos.

L’impact contrôlé était un test de défense planétaire, mais il a également fourni aux astronomes une occasion unique d’en savoir plus sur la composition de l’astéroïde à partir du matériau éjecté.

Le 26 septembre 2022, le vaisseau spatial DART est entré en collision avec l’astéroïde Dimorphos lors d’un test contrôlé de nos capacités de déviation d’astéroïdes. L’impact a eu lieu à 11 millions de kilomètres de la Terre, assez près pour être observé en détail avec de nombreux télescopes. Les quatre télescopes de 8,2 mètres du VLT de l’ESO au Chili ont observé les conséquences de l’impact, et les premiers résultats de ces observations du VLT ont maintenant été publiés dans deux articles.

“Les astéroïdes font partie des reliques les plus élémentaires à partir desquelles toutes les planètes et lunes de notre système solaire ont été créées”, déclare Brian Murphy, doctorant à l’Université d’Édimbourg au Royaume-Uni et co-auteur de l’une des études. Par conséquent, l’étude du nuage de matière éjecté après l’impact DART peut nous renseigner sur la formation de notre système solaire. “Les impacts entre astéroïdes se produisent naturellement, mais on ne sait jamais à l’avance”, poursuit Cyrielle Opitom, également astronome à l’Université d’Edimbourg et auteur principal de l’un des articles. “DART est une excellente occasion d’étudier un impact contrôlé, presque comme dans un laboratoire.”

Opitom et son équipe ont suivi l’évolution du nuage de débris pendant un mois avec l’instrument Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) sur le VLT de l’ESO. Ils ont découvert que le nuage éjecté était plus bleu que l’astéroïde lui-même avant l’impact, indiquant que le nuage pouvait être composé de particules très fines. Dans les heures et les jours qui ont suivi l’impact, d’autres structures se sont développées : des cumulus, des spirales et une longue queue poussée par le rayonnement solaire. Les spirales et la queue étaient plus rouges que le nuage initial, elles pouvaient donc être constituées de particules plus grosses.

MUSE a permis à l’équipe d’Opitom de diviser la lumière du nuage en un motif semblable à un arc-en-ciel et de rechercher les signatures chimiques de différents gaz. En particulier, ils ont recherché de l’oxygène et de l’eau dans la glace exposée par l’impact. Mais ils n’ont rien trouvé. “On ne s’attend pas à ce que les astéroïdes contiennent des quantités importantes de glace, donc détecter toute trace d’eau aurait été une vraie surprise”, explique Opitom. Ils ont également recherché des traces du propulseur du vaisseau spatial DART, mais n’en ont trouvé aucune. « Nous savions que c’était long », dit-il, « car la quantité d’essence restant dans les réservoirs du groupe motopropulseur ne serait pas énorme. De plus, certains d’entre eux auraient voyagé trop loin pour être détectés avec MUSE au moment où nous avons commencé à chercher.”

Une autre équipe, dirigée par Stefano Bagnulo, astronome à l’observatoire et planétarium d’Armagh au Royaume-Uni, a étudié comment l’impact DART a modifié la surface de l’astéroïde.

“Lorsque nous observons les objets de notre système solaire, nous regardons la lumière du soleil qui est diffusée par sa surface ou par son atmosphère, qui est partiellement polarisée”, explique Bagnulo. Cela signifie que les ondes lumineuses oscillent dans une direction privilégiée plutôt qu’au hasard. “Suivre comment la polarisation change avec l’orientation de l’astéroïde par rapport à nous et au Soleil révèle sa structure et sa composition de surface.”

Bagnulo et ses collègues ont utilisé l’instrument FOcal Reducer/low dispersion Spectrograph 2 (FORS2) sur le VLT pour surveiller l’astéroïde et ont constaté que le niveau de polarisation avait chuté soudainement après l’impact. Dans le même temps, la luminosité globale du système a augmenté. Une explication possible est que l’impact a exposé davantage de matériaux vierges à l’intérieur de l’astéroïde. “Peut-être que le matériau excavé par l’impact était intrinsèquement plus brillant et moins polarisant que le matériau à la surface, car il n’a jamais été exposé au vent solaire ou au rayonnement solaire”, explique Bagnulo.

Une autre possibilité est que l’impact a détruit des particules à la surface, éjectant ainsi des particules beaucoup plus petites dans le nuage de débris. “Nous savons que, dans certaines circonstances, des fragments plus petits sont plus efficaces pour réfléchir la lumière et moins efficaces pour la polariser”, explique Zuri Gray, doctorant également à l’observatoire et au planétarium d’Armagh.

Les études des équipes dirigées par Bagnulo et Opitom montrent le potentiel du VLT lorsque ses différents instruments fonctionnent ensemble. En effet, en plus de MUSE et FORS2, des séquelles d’impact ont été observées avec deux autres instruments VLT et l’analyse de ces données est en cours. “Cette recherche a profité d’une opportunité unique lorsque la NASA a heurté un astéroïde”, conclut Opitom, “elle ne peut donc pas être répétée dans une installation future. Cela rend les données VLT au moment de l’impact extrêmement précieuses lorsqu’il s’agit de mieux comprendre la nature des astéroïdes.

Plus d’informations

La recherche mise en évidence dans la première partie de ce communiqué a été présentée dans l’article “Morphology and spectral properties of the DART impact ejecta with VLT/MUSE” à paraître dans Astronomy & Astrophysics (doi : 10.1051/0004-6361/202345960). La deuxième partie de ce communiqué fait référence à l’article “Optical spectropolarimetry of the binary asteroid Didymos-Dimorphos before and after the DART impact” qui paraîtra dans Astrophysical Journal Letters (doi : 10.3847/2041-8213/acb261).

L’équipe qui a mené la première étude est composée de C. Opitom (Institute of Astronomy, University of Edinburgh, UK) [Edinburgh]), B. Murphy (Édimbourg), C. Snodgrass (Édimbourg), S. Bagnulo (Observatoire et planétarium d’Armagh, Royaume-Uni [Armagh]), SF Green (School of Physical Sciences, The Open University, Royaume-Uni), MM Knight (United States Naval Academy, USA), J. de Léon (Instituto de Astrofísica de Canarias, Espagne), J. -AND. Li (Institute of Planetary Sciences, USA) et D. Gardener (Edimbourg).

L’équipe qui a mené la deuxième étude est composée de S. Bagnulo (Armagh), Z. Gray (Armagh), M. Granvik (Département de physique, Université d’Helsinki, Finlande) [Helsinki]; Asteroid Engineering Laboratory, Luleå University of Technology, Suède), A. Cellino (INAF – Osservatorio Astrofisico di Torino, Italie), L. Kolokolova (Department of Astronomy, University of Maryland, USA), K. Muinonen ( Helsinki), O. Muñoz (Institut d’astrophysique d’Andalousie, CSIC, Espagne), C. Opitom (Édimbourg), A. Penttila (Helsinki) et Colin Snodgrass (Édimbourg).

Le laboratoire de physique appliquée de Johns Hopkins a construit et exploité le vaisseau spatial DART et gère la mission DART pour le bureau de coordination de la défense planétaire de la NASA en tant que projet du bureau du programme des missions planétaires de l’agence. LICIACube est un projet de l’Agence spatiale italienne (ASI), réalisé par Argotec. Pour plus d’informations sur la mission DART, visitez https://www.nasa.gov/dart ou https://dart.jhuapl.edu

L’Observatoire européen austral (ESO) permet aux scientifiques du monde entier de découvrir les secrets de l’Univers pour le bénéfice de tous. Nous concevons, construisons et exploitons des observatoires au sol de classe mondiale, que les astronomes utilisent pour répondre à des questions impérieuses et répandre la fascination de l’astronomie, et nous encourageons la collaboration internationale dans le domaine de l’astronomie. Créée en tant qu’organisation intergouvernementale en 1962, l’ESO est aujourd’hui soutenue par 16 États membres (Autriche, Belgique, République tchèque, Danemark, France, Finlande, Allemagne, Irlande, Italie, Pays-Bas, Pologne, Portugal, Espagne, Suède, Suisse et États-Unis). Royaume-Uni), avec l’État hôte du Chili et avec l’Australie en tant que partenaire stratégique. Le siège de l’ESO et son planétarium et centre d’accueil, ESO Supernova, sont situés près de Munich en Allemagne, tandis que le désert chilien d’Atacama, un endroit merveilleux avec des conditions uniques pour observer le ciel, abrite nos télescopes. L’ESO exploite trois sites d’observation : La Silla, Paranal et Chajnantor. À Paranal, l’ESO exploite le Very Large Telescope et son Interféromètre Very Large Telescope, ainsi que des télescopes d’étude tels que VISTA. Toujours à Paranal, l’ESO hébergera et exploitera le Cherenkov Telescope Array South, l’observatoire de rayons gamma le plus grand et le plus sensible au monde. En collaboration avec des partenaires internationaux, l’ESO exploite ALMA à Chajnantor, une installation qui observe le ciel dans la gamme millimétrique et submillimétrique. À Cerro Armazones, près de Paranal, nous construisons « le plus grand œil du monde pour observer le ciel », l’Extremely Large Telescope de l’ESO. Depuis nos bureaux à Santiago du Chili, nous soutenons nos opérations dans le pays et nous interagissons avec nos partenaires et la société chilienne.