Dans les coulisses de la chasse aux mystérieux astéroïdes du "crépuscule"

Un mystérieux groupe d’astéroïdes effleure le cœur du Système solaire. Tapis en pleine lumière, il leur arrive de fondre sur une planète tellurique et de la manquer de peu. Le plus connu de ces rochers excentriques est un objet cosmique découvert il y a deux ans à peine : ꞌ Ayló ꞌ chaxnim, qui signifie « fille de Vénus » dans la langue des Pauma, un peuple autochtone de Californie.

Seul et unique astéroïde à n’évoluer qu’au sein de l’orbite de Vénus, ꞌ Ayló ꞌ chaxnim est le représentant d’une population d’astéroïdes demeurant en grande partie invisibles et qui pourraient menacer la vie telle que nous la connaissons.

Les astronomes estiment avoir découvert la majorité des astéroïdes potentiellement dangereux orbitant principalement au-delà notre planète. Il est en revanche plus délicat de repérer les astéroïdes dont l’orbite est confinée à la nôtre car, de notre point de vue terrestre, ceux-ci coulent leurs jours dans une gaine de rayons de soleil, glissant derrière un rideau de lumière que les télescopes ne peuvent transpercer. Malgré tout, ces dernières années, les astronomes ont commencé à arracher ces roches à la lumière en se mettant en quête de leur faible rayonnement caractéristique au moment où le Soleil se trouve juste sous l’horizon.

La plupart des astéroïdes du voisinage de la Terre ayant de ce type d’orbite serrée ont une durée de vie limitée dans le Système solaire interne. Ils sont voués à entrer en collision avec d’autres planètes, à succomber à la fournaise du Soleil ou bien à être expulsés vers d’autres horizons. Certains membres de cette population encore peu étudiée peuvent s’avérer dangereux.

« Ils passent une bonne partie de leur temps [sur une orbite confinée à l’intérieur de celle] de la Terre, mais beaucoup sont susceptibles de la croiser – et la croiseront –, ce qui les rend dangereux », explique Scott Sheppard, astronome à l’Institut de science Carnegie qui a récemment publié un article sur ces astéroïdes dans la revue Science.

« Mais ils arriveraient du côté du jour, donc vous ne les verriez jamais arriver. »

LES ASTÉROÏDES DU CRÉPUSCULE

Ces astéroïdes rares sont classés selon qu’ils franchissent ou non telles ou telles orbites planétaires. Les Atiras ont des orbites confinées à l’intérieur de celle de la Terre, tandis que les Vatiras orbitent plus près du Soleil que Vénus. Une classe hypothétique, les Vulcanoïdes, pourrait même exister au sein de l’orbite de Mercure.

Pour débusquer et étudier ces astéroïdes, les astronomes doivent adopter une méthode assez peu conventionnelle : au lieu de braquer leurs télescopes sur les coins les plus sombres du ciel nocturne, comme ils le font habituellement pour les astéroïdes du Système solaire externe, ils orientent leurs instruments vers l’horizon à l’aube et au crépuscule, au moment où le Soleil ne s’est pas encore totalement levé. Pendant 10 ou 20 minutes, leurs télescopes fixent l’aube à la recherche de minuscules têtes d’épingles mobiles et illuminées.

« Ces observations sont assez difficiles à réaliser car il se passe beaucoup de choses, commente Scott Sheppard. Il faut observer pile au moment où le Soleil se couche pour que le ciel soit encore très lumineux […] et puis le télescope doit être orienté très bas sur l’horizon, donc cela veut dire que vous devez d’autant plus traverser l’atmosphère de la Terre. »

Tout cet air brouille les images et cela a pour conséquence de compliquer la mise au point sur la faible lueur réfléchie par ces rochers cosmiques. En plus de cela, le mauvais temps a tôt fait d’oblitérer ces brèves fenêtres d’observation.

Tout cela n’a pas empêché des astronomes armés de deux télescopes de se mettre en chasse. L’équipe de Scott Sheppard utilise la Dark Energy Camera de Cerro Tololo, au Chili. Tandis qu’une autre équipe opère depuis la Zwciky Transient Facility (ZTF) de Caltech, au sein de l’observatoire Palomar, près de San Diego, en Californie. Le télescope chilien mesure quatre mètres, est plus large et peut identifier des objets moins visibles que la ZTF, mais son champ de vision est plus restreint. À l’inverse, le télescope de la ZTF est plus petit (sa chambre de Schimdt mesure 1,22 mètre) mais il parcourt l’ensemble du ciel chaque nuit à la recherche de tout objet dont la luminosité fluctue.

« C’est un excellent moteur de découverte. Le nombre d’alertes lors d’une nuit d’observation donnée s’élève à des dizaines de milliers, voire à cent mille », révèle George Helou de l’Institut technologique de Californie, qui fait aussi partie de l’équipe de la ZTF. « Notre champ de vision est si vaste que lors de ces 20 minutes de crépuscule, nous sommes capables de couvrir un bon bout de ciel, si le temps et l’atmosphère le permettent. »

D’après lui, la ZTF a jusqu’ici identifié une poignée d’astéroïdes Atiras au sein de l’orbite de la Terre. Elle débusque aussi régulièrement plusieurs astéroïdes géocroiseurs ; environ un par semaine. Certains sont plus proches de nous que la Lune mais aucun n’est assez gros, ni assez voisin, pour être vraiment inquiétant.

Il explique que la plupart sont de taille intermédiaire, entre le météore de Tcheliabinsk (environ 18 mètres) qui a fait voler des fenêtres en éclat et endommagé des bâtiments en explosant au-dessus de cette ville russe en 2013 et l’objet beaucoup plus gros qui a rasé 2 150 kilomètres carrés de forêts en explosant au-dessus de la Toungouska, en Russie, en 1908.

« C’est la bonne nouvelle », se réjouit George Helou au sujet des objets découverts par la ZTF. « La Toungouska, c’est préoccupant, mais la plupart des [objets] que l’on découvre sont plus petits que cela. »

Mais la star de ces recherches crépusculaires, et de loin, c’est ꞌ Ayló ꞌ chaxnim, le premier astéroïde Vatira à avoir jamais été découvert.

DES ASTÉROÏDES DÉTENTEURS DE RECORDS

Identifié début 2020, ꞌ Ayló ꞌ chaxnim mesure à peine 1,5 kilomètre de diamètre ; assez gros pour flanquer un bon coup à une éventuelle planète sur laquelle il s’écraserait. Ce qui, selon les astronomes, finira probablement par arriver.

« Il y a de très fortes chances qu’il s’écrase sur Vénus un jour », affirme Sarah Greenstreet, de l’Université de Washington, à l’origine d’une modélisation de l’avenir de  ꞌ Ayló ꞌ chaxnim réalisée dans le cadre de ses études sur les origines et le destin de ces astéroïdes confinés.

Selon ses modèles, qui concordent avec ceux d’autres chercheurs, le scénario le plus probable est que ꞌ Ayló ꞌ chaxnim se prenne dans les filets de Vénus à un moment ou à un autre au cours des prochains millions d’années. Dans sa course folle autour du Soleil, l’astéroïde est secoué par la gravité de Mercure et par la lumière du Soleil elle-même. Cela perturbe son orbite, le fait dévier vers l’extérieur et le place sur un cap de collision avec l’infernale sœur de la Terre.

Un petit astéroïde du nom de 2021 PH27 pourrait également entrer en collision avec Vénus. Mesurant lui aussi environ 1,5 kilomètre de diamètre, 2021 PH27 est l’un des trois astéroïdes du crépuscule repéré par Scott Sheppard et ses collègues. Il se trouve plus près du Soleil que n’importe quel autre astéroïde connu et fuse en partie à l’intérieur de l’orbite de Mercure. Mais son orbite est si allongée qu’il cabriole également au-délà de l’orbite de Vénus, ce qui en fait un astéroïde de la classe des Atiras.

De même que ꞌ Ayló ꞌ chaxnim, 2021 PH27 est bousculé par ses interactions gravitationnelles avec les planètes du Système solaire interne mais aussi par son absorption et par son réfléchissement de lumière au cours de sa rotation. Les modèles de Scott Sheppard prédisent un frôlement avec Vénus dans environ mille ans. Impossible en revanche de savoir comment cette interaction modifiera l’orbite de l’astéroïde.

« Dans cette partie du Système solaire, les astéroïdes ont en fait des vies assez chaotiques, explique Sarah Greenstreet. Ils sont assez souvent rudoyés puis disséminés. »

Cette complexité est l’une des raisons pour lesquelles les scientifiques pensent qu’il est important d’étudier ces corps de petite taille. Mais il est tout aussi important de comprendre comment ils se sont retrouvés près du Soleil en premier lieu.

UN IMPROBABLE CHEMIN GRAVITATIONNEL

La plupart des scientifiques soupçonnent ces objets frôleurs de Soleil de provenir de la ceinture d’astéroïdes principale, cet anneau de décombres éparpillés entre Mars et Jupiter. De là, il n’est toutefois pas facile pour un rocher cosmique de se frayer un chemin jusqu’à la périphérie du Soleil.

« Il faut que beaucoup d’interactions fortuites se produisent pour arriver dans cette partie du Système solaire, c’est vraiment difficile à accomplir, explique Sarah Greenstreet. C’est un long voyage. »

Les interactions gravitationnelles avec Jupiter peuvent décaler ces objets vers l’intérieur ou vers l’extérieur. Ceux qui se font pousser vers l’intérieur finissent par se retrouver au voisinage de Mars et cela peut les amorcer sur une trajectoire infernale vers le Soleil, mais ce destin serait relativement rare.

« Avec Mars, l’interaction la plus probable est de se faire rejeter vers l’extérieur puis d’interagir avec Jupiter et de se faire en gros éjecter du Système solaire ou d’entrer en collision avec une des planètes, explique Scott Sheppard. Donc se faire éjecter vers l’extérieur est une issue probable, et une fois qu’il y a eu interaction avec Jupiter, c’en est fini, l’éjection est vraiment brutale. »

Donc, à moins de provenir d’un groupe invisible de Vulcanoïdes, ces astéroïdes du crépuscule se sont tous frayés un improbable chemin gravitationnel. Il est crucial de comprendre combien de ces objets survivent à ce voyage pour quantifier le risque qu’ils représentent pour la Terre.

Pour le moment, les chercheurs pensent qu’il existe moins de deux douzaines d’astéroïdes du crépuscule géocroiseurs mesurant au moins un kilomètre de diamètre (c’est assez pour dévaster un continent entier). 2021 PH7 est l’un d’eux et, selon Scott Sheppard, nous en connaissons environ une demi-douzaine d’autres. Une poignée plus petite encore d’objets de tailles similaires pourrait évoluer au sein de l’orbite de Vénus, bien que seul ꞌ Ayló ꞌ chaxnim y ait été découvert pour le moment. En outre, il existe vraisemblablement une multitude d’autres rochers cosmiques plus petits qui seront plus difficiles à débusquer mais qui ne constituent pas de menace existentielle à l’échelle d’une planète.

Selon Sarah Greenstreet, il n’est pas surprenant que les chercheurs soient tombés sur ꞌ Ayló ꞌ chaxnim en premier, car il est vraiment imposant. « Mais, comme on l’a découvert relativement rapidement quand les télescopes se sont mis à scruter cette partie du ciel, ces objets pourraient en réalité être plus nombreux que ce qu’on croyait », fait-elle remarquer.

Les chercheurs vont continuer à scruter le crépuscule avec la ZTF et avec le télescope chilien à la recherche des lueurs vacillantes qui trahissent la présence de ces astéroïdes. Scott Sheppard et son équipe ont également dans leur besace un autre télescope leur servant à caractériser ces objets et à se renseigner sur leur composition. Enfin, Sarah Greenstreet et ses collègues pourront, ils l’espèrent, compter sur l’observatoire Vera-C.-Rubin, actuellement en construction au Chili, pour leur en dévoiler davantage.

La NASA a également dans ses projets un télescope spatial spécifiquement conçu pour débusquer les objets géocroiseurs : NEO Surveyor. Cet instrument, qui sera peut-être lancé avant la fin des années 2020, sera capable de contempler le cosmos au voisinage de notre soleil et d’identifier de nouveaux astéroïdes confinés dans notre orbite. Il gardera sur les cieux un œil encore plus vigilant que nos télescopes terrestres et en fera en sorte que rien ne passe à notre insu entre les mailles de la lumière du Soleil.