Illustration de la sonde Parker Solar Probe s’approchant du soleil. Les scientifiques de Princeton ont utilisé les données de la sonde Parker Solar Probe de la NASA pour déduire qu’un événement violent et catastrophique, tel qu’une collision à grande vitesse ou une explosion gazeuse, est probablement à l’origine du flux de météoroïdes des Géminides, qui provient exceptionnellement d’un astéroïde plutôt que d’une comète. Crédit : Laboratoire de physique appliquée de l’université Johns Hopkins
Des chercheurs de Princeton ont utilisé les données de la sonde solaire Parker de la NASA pour déduire qu’un événement catastrophique est probablement à l’origine de la prolifique pluie de météoroïdes des Géminides.
Contrairement à la plupart des pluies de météores qui proviennent de comètes, les Géminides semblent provenir de l’astéroïde 3200 Phaethon. Les chercheurs ont modélisé trois scénarios de formation potentiels et les ont comparés aux modèles développés à partir des observations terrestres. Les données de la sonde Parker Solar Probe les ont amenés à écarter le modèle cométaire traditionnel et à conclure qu’un événement violent a probablement créé le flux des Géminides, approfondissant ainsi notre compréhension de la composition et de l’histoire des astéroïdes.
Les météoroïdes des Géminides illuminent le ciel lorsqu’ils passent devant la Terre chaque hiver, produisant l’une des pluies de météores les plus intenses de notre ciel nocturne.
Les mystères entourant l’origine de cette pluie de météorites fascinent depuis longtemps les scientifiques car, alors que la plupart des pluies de météorites sont créées lorsqu’une comète émet une queue de glace et de poussière, les Géminides proviennent d’un astéroïde – un morceau de roche qui, normalement, ne produit pas de queue. Jusqu’à récemment, les Géminides n’avaient été étudiées que depuis la Terre.
Chaque hiver, les météores des Géminides illuminent le ciel lorsqu’ils passent à proximité de la Terre, produisant l’une des pluies de météores les plus intenses de notre ciel nocturne. Jusqu’à présent, les Géminides n’avaient été étudiées que depuis la Terre.
Aujourd’hui, des chercheurs de Princeton ont utilisé les observations de la mission Parker Solar Probe de la NASA pour déduire que c’est probablement un événement violent et catastrophique – comme une collision à grande vitesse avec un autre corps ou une explosion gazeuse – qui est à l’origine des Géminides. Ces résultats, publiés dans le Planetary Science Journal le 15 juin, réduisent le nombre d’hypothèses sur la composition et l’histoire de cet astéroïde qui pourraient expliquer son comportement non conventionnel.
« Les astéroïdes sont comme de petites capsules temporelles de la formation de notre système solaire », explique Jamey Szalay, chercheur au laboratoire de physique spatiale de l’université de Princeton et co-auteur de l’article. « Ils se sont formés au moment de la formation de notre système solaire, et la compréhension de leur composition nous donne un autre élément de l’histoire.
Sommaire
Un astéroïde inhabituel
Contrairement à la plupart des pluies de météores connues qui proviennent de comètes, composées de glace et de poussière, le flux des Géminides semble provenir d’un astéroïde – un morceau de roche et de métal – appelé 3200 Phaethon.
« La plupart des flux de météoroïdes se forment via un mécanisme cométaire, il est donc inhabituel que celui-ci semble provenir d’un astéroïde », a déclaré Wolf Cukier, étudiant de la promotion 2024 à Princeton et auteur principal de l’article.
« En outre, le flux orbite légèrement à l’extérieur de son corps parent lorsqu’il est le plus proche du soleil, ce qui n’est pas évident à expliquer simplement en le regardant », a-t-il ajouté, faisant référence à une étude récente des images des Géminides prises par la sonde Parker Solar Probe et dirigée par Karl Battams du Naval Research Laboratory.
Les chercheurs de Princeton ont utilisé les observations de la mission Parker Solar Probe de la NASA pour déduire que c’est probablement un événement violent et catastrophique – comme une collision à grande vitesse avec un autre corps ou une explosion gazeuse – qui a créé le flux de météoroïdes des Géminides. Crédit : NASA/Johns Hopkins APL/Ben Smith
Lorsqu’une comète se rapproche du Soleil, elle s’échauffe et la glace qui se trouve à sa surface libère une queue de gaz qui entraîne à son tour de petits morceaux de glace et de poussière. Ces matériaux continuent de traîner derrière la comète, qui reste sous l’attraction gravitationnelle du Soleil. Au fil du temps, ce processus répété remplit l’orbite du corps parent de matériaux pour former un flux de météoroïdes.
Mais comme les astéroïdes comme 3200 Phaethon sont constitués de roche et de métal, ils ne sont généralement pas affectés par la chaleur du Soleil comme le sont les comètes, ce qui amène les scientifiques à s’interroger sur les causes de la formation de la traînée de 3200 Phaethon dans le ciel nocturne.
« Ce qui est vraiment étrange, c’est que nous savons que 3200 Phaethon est un astéroïde, mais lorsqu’il survole le Soleil, il semble avoir une sorte d’activité liée à la température », a déclaré Szalay. « La plupart des astéroïdes ne font pas cela.
Certains chercheurs ont suggéré que 3200 Phaethon pourrait en fait être une comète qui a perdu toute sa neige, ne laissant qu’un noyau rocheux ressemblant à un astéroïde. Mais les nouvelles données de la sonde Parker Solar Probe montrent que si une partie de l’activité de 3200 Phaethon est liée à la température, la création du flux des Géminides n’a probablement pas été causée par un mécanisme cométaire, mais par quelque chose de beaucoup plus catastrophique.
Ouvrir la capsule temporelle
Pour en savoir plus sur l’origine du flux des Géminides, Cukier et Szalay ont utilisé les nouvelles données de la Parker Solar Probe pour modéliser trois scénarios de formation possibles, puis ont comparé ces modèles aux modèles existants créés à partir d’observations terrestres.
Il existe ce que l’on appelle le modèle « de base » de formation d’un flux de météoroïdes et le modèle de création « violente » », a expliqué M. Cukier. « On l’appelle ‘basique’ parce que c’est la chose la plus simple à modéliser, mais en réalité ces processus sont tous les deux violents, simplement à des degrés de violence différents.
Astéroïde géocroiseur 3200 Phaethon. Crédit : Observatoire d’Arecibo/NASA/NSF
Ces différents modèles reflètent la chaîne d’événements qui se déroulerait selon les lois de la physique en fonction de différents scénarios. Par exemple, Cukier a utilisé le modèle de base pour simuler tous les morceaux de matière se détachant de l’astéroïde avec une vitesse relative nulle – ou sans vitesse ni direction par rapport à 3200 Phaethon – pour voir à quoi ressemblerait l’orbite résultante et la comparer à l’orbite montrée par les données de la sonde Parker Solar Probe.
Il a ensuite utilisé le modèle de création violente pour simuler le détachement de matériaux de l’astéroïde à une vitesse relative pouvant atteindre un kilomètre par heure, comme si les morceaux avaient été détachés par un événement soudain et violent.
Il a également simulé le modèle cométaire, mécanisme à l’origine de la formation de la plupart des flux de météoroïdes. L’orbite simulée qui en résulte correspond le moins à la façon dont l’orbite des Géminides apparaît réellement d’après les données de la sonde Parker Solar Probe, ce qui a permis d’écarter ce scénario.
En comparant les orbites simulées par chacun des modèles, l’équipe a constaté que les modèles violents étaient les plus cohérents avec les données de la sonde Parker Solar Probe, ce qui signifie qu’il est probable qu’un événement soudain et violent – comme une collision à grande vitesse avec un autre corps ou une explosion gazeuse, entre autres possibilités – ait créé le flux des Géminides.
Cette recherche s’appuie sur les travaux de Szalay et de plusieurs collègues de la mission Parker Solar Probe, construite et assemblée au Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (APL) à Laurel, dans le Maryland, afin de dresser un tableau de la structure et du comportement du grand nuage de poussière qui tourbillonne dans le système solaire le plus profond.
Concept d’artiste de la sonde Parker Solar Probe s’approchant du soleil. Des chercheurs de Princeton, qui étudient la pluie de météores des Géminides, ont utilisé les données de la sonde Parker Solar Probe de la NASA pour déduire qu’un événement catastrophique, comme une collision à grande vitesse ou une explosion gazeuse, est à l’origine de la pluie de météoroïdes des Géminides. Crédit : NASA/Johns Hopkins APL/Steve Gribben
Les chercheurs ont profité de la trajectoire de vol de Parker – une orbite qui l’amène à quelques millions de kilomètres du Soleil, plus près que n’importe quel engin spatial de l’histoire – pour obtenir la meilleure vue directe sur le nuage poussiéreux de grains rejetés par les comètes et les astéroïdes qui passent.
Bien que la sonde ne mesure pas directement les particules de poussière, elle peut les suivre d’une manière intelligente : lorsque les grains de poussière s’écrasent sur la trajectoire de la sonde, les impacts à grande vitesse créent des nuages de plasma. Ces nuages d’impact produisent des signaux uniques de potentiel électrique qui sont captés par plusieurs capteurs de l’instrument FIELDS de la sonde, conçu pour mesurer les champs électriques et magnétiques à proximité du Soleil.
« Les données inédites que notre sonde spatiale recueille actuellement seront analysées pendant des décennies », a déclaré Nour Raouafi, scientifique du projet Parker Solar Probe à l’APL. « Il est passionnant de voir des scientifiques de tous niveaux et de toutes compétences se pencher sur ces données pour faire la lumière sur le Soleil, le système solaire et l’univers au-delà.
À la conquête des étoiles
M. Cukier a déclaré que sa passion pour l’étude de l’espace extra-atmosphérique et le soutien du ministère l’ont motivé à poursuivre ce projet.
Après avoir suivi un cours pratique offert par le laboratoire de physique spatiale de Princeton – où il a acquis une expérience pratique de la construction d’instruments spatiaux, comme ceux qui échantillonnent actuellement l’environnement du Soleil à bord de Parker Solar Probe – et avoir été trésorier du club d’astronomie de premier cycle, il a décidé qu’il voulait poursuivre des recherches extrascolaires.
Il a été accueilli avec enthousiasme lorsqu’il a contacté les scientifiques du groupe de physique spatiale de Princeton. « Tout le monde est très favorable à la recherche en licence, en particulier en astrophysique, parce que cela fait vraiment partie de la culture du département », a-t-il déclaré.
« Il est toujours merveilleux que des étudiants comme Wolf puissent contribuer aussi fortement à ce type de recherche spatiale », a déclaré David McComas, chef du groupe de physique spatiale et vice-président du laboratoire de physique des plasmas de Princeton (PPPL). « Beaucoup d’entre nous ont été émerveillés par les météores des Géminides pendant des années et il est formidable d’avoir enfin les données et les recherches pour montrer comment ils se sont probablement formés ».
M. Cukier a déclaré qu’il était attiré par l’observation du ciel depuis qu’il était enfant. « La science planétaire est étonnamment accessible », a-t-il déclaré. « Pour les Géminides, par exemple, tout le monde peut sortir le 14 décembre de cette année, la nuit, et regarder en l’air. Elles sont visibles depuis Princeton et certains météores sont très lumineux. Je recommande vivement d’y assister.
Pour en savoir plus sur cette découverte, voir Parker Solar Probe Sheds Sheds Light on Unusual, Violent Origin of Geminid Meteor Shower.
Référence : « Formation, Structure, and Detectability of the Geminids Meteoroid Stream » par W. Z. Cukier et J. R. Szalay, 15 juin 2023, The Planetary Science Journal.
DOI : 10.3847/PSJ/acd538
« Formation, Structure, and Detectability of the Geminids Meteoroid Stream » par W.Z. Cukier et J.R. Szalay a été publié le 15 juin 2023 par Planetary Science Journal (DOI 10.3847/PSJ/acd538). La recherche a été soutenue par le programme Parker Solar Probe Guest Investigator (80NSSC21K1764). Parker Solar Probe fait partie du programme Living with a Star de la NASA, qui vise à explorer les aspects du système Soleil-Terre qui ont une incidence directe sur la vie et la société. Le programme est géré par le Goddard Space Flight Center de la NASA pour la division Héliophysique de la Science Mission Directorate de la NASA. L’APL gère la mission Parker Solar Probe pour la NASA.