Des simulations réalistes pourraient permettre de mieux appréhender les secrets des astéroïdes tourbillonnant dans notre Système solaire
Les astéroïdes sont les composantes de base de notre Système solaire, des témoins irréprochables de la formation et de l’évolution des planètes. Ils incarnent les restes du processus de formation originel survenu il y a environ 4,6 milliards d’années et sont restés relativement inchangés depuis. Pour comprendre les conditions chimiques et physiques dans lesquelles se sont formées les planètes, les scientifiques doivent renforcer leurs connaissances sur la composition des astéroïdes, leur évolution et leurs interactions. En suivant l’analogie d’une scène de crime, le sang répandu dans un endroit (les astéroïdes) peut parfois révéler plus d’indices que le corps gisant au sol (les planètes). Malgré la récente vague d’activités d’exploration, les astéroïdes restent largement méconnus. La plupart des informations disponibles proviennent de télescopes terrestres, ce qui s’avère insuffisant pour reconstruire les propriétés clés, telles que leur structure interne. En outre, rares sont les planètes mineures, différents astéroïdes, planètes naines et objets de la ceinture de Kuiper, ayant été visitées par des sondes spatiales jusqu’à présent.
Des simulations de N corps s’ajoutent aux connaissances actuelles
«Les simulations numériques offrent un grand potentiel pour la simulation des propriétés et de l’évolution dynamique des astéroïdes à un coût relativement faible. Cependant, les méthodes numériques de pointe sont insuffisamment précises», fait remarquer Fabio Ferrari, coordinateur du projet GRAINS, financé dans le cadre du programme Marie Skłodowska-Curie. GRAINS a travaillé à renforcer le réalisme de telles simulations et à permettre l’exploitation à bas coût des données d’enquêtes disponibles. Les simulations de N corps comptent parmi les méthodes les plus adaptées à l’étude des astéroïdes dits agglomérats lâches. «On pense que la plupart des astéroïdes de petite taille et de taille moyenne sont des agglomérats lâches. Ce terme est largement utilisé pour indiquer que ces objets célestes se composent de matériaux grossièrement consolidés et assemblés par leur seule gravité mutuelle, plutôt que par la force des matériaux», explique Fabio Ferrari. Avec une résistance à la traction minimale ou nulle, ils se dénomment agrégats faibles car leurs composants de base (rochers et cailloux) sont maintenus ensemble par la gravité. «Les simulations de N corps peuvent reproduire des scénarios d’agrégation après perturbation des astéroïdes et permettre d’étudier l’évolution dynamique et collisionnelle des pièces cohésives plus petites (fragments) jusqu’à la formation d’un agrégat stable.» Les simulations de N corps ne peuvent traiter que les particules sphériques ou de masse ponctuelle et ne parviennent pas à modéliser les mouvements des corps rigides de chaque fragment individuel. Les simulations multicorps qui modélisent les mouvements dynamiques des particules granulaires peuvent décrire les interactions physiques entre un grand nombre de corps rigides de formes complexes. Cependant, cette méthode ne permet pas d’intégrer les interactions gravitationnelles.
Combiner le meilleur des deux mondes
GRAINS s’est grandement rapproché d’une représentation plus réaliste de la dynamique gravitationnelle et granulaire en comparaison avec les méthodes de pointe. «Nous avons exploité les avantages des deux codes pour produire une seule mise en œuvre numérique capable de traiter correctement et précisément le problème couplé gravitationnel‑granulaire. Notre nouvel outil numérique peut traiter avec efficacité et précision les interactions contact/collision et gravité entre un grand nombre (des centaines de milliers) de fragments non‑sphériques, ce qui constitue une première», fait remarquer Fabio Ferrari. L’équipe du projet a mis en œuvre ce tout nouveau code afin de reproduire les propriétés générales des astéroïdes connus dits agglomérats lâches (Bénou, Ryugu et Didymos). Les résultats des simulations étaient d’une très grande précision et présentaient une résolution spatiale très élevée.
Pourquoi les astéroïdes sont si importants
Les astéroïdes n’aident pas seulement à apporter des réponses aux questions essentielles sur la formation de notre Système solaire. Les scientifiques en sont également venus à reconnaître que ces petits mondes peuvent servir de ressources en carburant pour les vaisseaux spatiaux en route vers des destinations plus lointaines. Enfin, certains astéroïdes peuvent représenter des dangers pour la Terre. La mission AIDA vise à tester et à valider des modèles d’impact pour savoir si un vaisseau spatial pourrait dévier avec succès un astéroïde se trouvant sur une trajectoire de collision avec la Terre.
Mots‑clés
GRAINS, astéroïdes, simulations, interactions, agglomérat lâche, simulations de N corps, granulaire
