mercredi 24 août 2022

Découverte du premier astéroïde situé à l'intérieur de l'orbite de Vénus


Une équipe d'astronomes vient de découvrir et de caractériser le premier astéroïde qui se situe entièrement à l'intérieur de l'orbite de Vénus. Il porte un nom imprononçable en français :  'Ayló'chaxnim, il fait environ 2 kilomètres de diamètre et est de couleur rouge. La découverte est publiée dans les Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Letters.

Malgré les recherches menées jusqu'à la fin de 2019, aucun astéroïde n'avait été trouvé à l'intérieur de l'orbite de Vénus. C'est désormais chose faite. Son nom officiel c'est  (594913) 'Ayló'chaxnim, il a une distance 0,65 UA à son aphélie. Selon ses découvreurs Bryce Bolin (Caltech) et ses collaborateurs,  la détection d'un astéroïde de cette taille à l'intérieur de l'orbite de Vénus est surprenante étant donné leur rareté selon les modèles de population d'astéroïdes géocroiseurs. 
Rappelons que sur les environ 1 milllion d'astéroïdes connus, seule une fraction de pourcent se situent à l'intérieur de l'orbite terrestre, et plus on se rapproche du Soleil, plus ce nombre diminue. 

Les modèles dynamiques prédisent qu'une petite fraction de la population des astéroïdes géocroiseurs est constituée d'astéroïdes de type "Atira", qui sont situés entre l'orbite de la Terre et de Vénus, et d'astéroïdes situés entièrement dans l'orbite de Vénus qu'on appelle aussi des IVA (Inner Venus Asteroids).
Mais aucun IVA n'a encore été observé à ce jour, malgré des recherches d'objets situés à l'intérieur de l'orbite de la Terre depuis plus de 20 ans. C'est en partie dû à la difficulté de sonder cette région du système solaire à une faible distance angulaire du Soleil avec des télescopes terrestres. L'installation Zwicky Transient Facility (ZTF) montée sur le télescope de l'observatoire Palomar produit un relevé de tout le ciel qui est conçu pour détecter les phénomènes transitoires dans l'hémisphère  nord. Une partie du temps d'étude de ZTF est conçue pour observer des portions du ciel aussi proches que possible du Soleil pendant le crépuscule du soir et du matin, appelée "Twilight Survey". Une version préliminaire du Twilight Survey s'est déroulée à la fin de 2018 et au premier semestre de 2019, puis une version élargie de l'enquête crépusculaire a été effectuée entre le 20 septembre 2019 et le 30 janvier 2020, en observant pendant le crépuscule astronomique lors de chaque nuit claire, quand les saletés de Starlink le permettaient.
L'enquête crépusculaire alterne entre le crépuscule du soir et le crépuscule du matin fournissant un total de 90 sessions d'observations, sur 47 matins et 43 soirs. Le scan du ciel couvre 470 degrés carrés de ciel. Chaque session dure de 20 à 25 minutes et chaque champ est imagé quatre fois avec des expositions de 30 s en bande r (longueur d'onde de 680 nm). Le temps entre les expositions consécutives d'un champ donné de Twilight est de 5 minutes. L'espacement temporel de la cadence du relevé Twilight permet ainsi la détection d'objets se déplaçant avec une vitesse comprise entre 8 secondes d'arc par heure et plus de 1500 secondes d'arc par heure.

C'est le 4 janvier 2020, qu'un objet baptisé alors 2020 AV2 a été détecté par ZTF dans le ciel crépusculaire du soir à 40 degrés du Soleil. Des données de suivi ont ensuite été obtenues à l'aide du Kitt Peak Electron Multiplying CCD Demonstrator (KPED) monté sur le télescope de 84 pouces de Kitt Peak et ont été transmises  le 9 janvier 2020 au Minor Planet Center (MPC). L'astrométrie des observations de suivi combinées avec les observations initiales du ZTF ont permis d'affiner l'aphélie de l'astéroïde, à  une valeur de 0,65 unités astronomiques, bien en deçà du périhélie de 0,72 UA de Vénus.
Des données de suivi provenant d'autres observatoires ont par la suite été rapportées au cours ddu mois de  janvier 2020, ce qui a donné lieu à un ajustement plus précis de l'orbite avec Q (aphélie) = 0,653817±0,000825 UA. Et l'orbite de 2020 AV2 a encore été affinée davantage grâce à des observations qui ont été réalisées  au cours de la prochaine fenêtre d'observabilité depuis l'hémisphère Nord du 24 au 26 novembre 2020 et rapportées au MPC. Ces observations supplémentaires ont permis d'étendre la période d'observation à 327 jours, améliorant ainsi la précision des éléments orbitaux de 2020 AV2 à une partie sur un million. Enfin, une troisième série d'observations confirmant l'orbite a été obtenue en juillet 2021.
L'ajustement plus précis de l'orbite rendu possible par ces trois époques d'observation a permis à 2020
AV2 de recevoir la désignation numérique (594913) par le MPC le 20 septembre 2021. Et le 8 novembre 2021, le groupe de travail de l'Union astronomique internationale sur la nomenclature des petits corps a donné à l'astéroïde le nom d'Ayló chaxnim, qui signifie "fille de Vénus" dans la langue Luiseño (un peuple amérindien qui habitait dans la région côtière de la Californie du Sud à l'époque des premiers contacts avec les européens au XVIe siècle). Etant donné que c'est le premier astéroïde détecté à l'intérieur de l'orbite de Vénus, Bryce Bolin et son équipe suggèrent que la classe des astéroïdes à l'intérieur de Vénus soit désignée sous le nom de Ayló chaxnim en référence au premier exemple connu de cette classe d'astéroïdes.
La couleur rouge de Ayló chaxnim a été déterminée par les observations spectroscopiques du télescope Keck. Bolin et ses collaborateurs l'interprètent comme indiquant une composition de type silicatée (type S), cohérente avec une origine dans la ceinture principale interne, là où les astéroïdes de type S sont les plus abondants. Les modèles d'astéroïdes géocroiseurs prédisent d'ailleurs que les astéroïdes ayant des éléments orbitaux similaires à ceux d'Ayló chaxnim sont originaires de la ceinture principale interne.
L'une des voies dynamiques possibles pour de tels astéroïdes internes à l'orbite de Vénus est de provenir de la ceinture principale via des régions situées près de diverses résonances planétaires majeures. Si l'on suppose qu'Ayló chaxnim est originaire de la Ceinture principale en tant que fragment d'astéroïde avant de passer à l'intérieur de l'orbite de Vénus, les astéroïdes avec des orbites similaires à Ayló chaxnim proviennent très probablement de la résonance appelée v6, avec une probabilité de 77%, qui forme la limite de la ceinture principale intérieure à 2,2 UA. Selon Bolin et son équipe, la deuxième source la plus probable d'Ayló chaxnim, avec une probabilité de 18%, est la population d'astéroïdes Hungaria qui est située juste à l'intérieur de la Ceinture à 2.0 UA, et la troisième possibilité, probable seulement à 4% est la résonance gravitationnelle  3:1 avec Jupiter qui est située dans la ceinture principale à 2,5 UA. 
La valeur typique de l'albédo des astéroïdes de type S est de 0,2. Pour un albédo de 0,2 et la magnitude absolue d'Ayló chaxnim, (16,2 ± 0,8 mag), les chercheurs estiment que le diamètre d'Ayló chaxnim est de 1,7±0,6 km.
Pour Bolin et son équipe, Ayló chaxnim semble être un astéroïde de type géocroiseur ordinaire avec une couleur rouge et une évolution orbitale affectée par des rencontres planétaires. Mais, alors que les  modèles de population d'astéroïdes prédisent qu'il existe environ 1000 astéroïdes géocroiseurs d'une taille de l'ordre km, les IVAs sont rares, représentant moins de 0,3% de la population de ces astéroïdes. La détection d'Ayló chaxnim est assez surprenante selon les chercheurs compte tenu de sa grande taille et de la relative rareté des IVA selon le modèle. Cela dit, le ciel crépusculaire situé à moins de 50 degrés du Soleil est relativement inexploré et la comparaison entre les observations et les modèles de population d'astéroïdes nécessitera une exploration future de cette zone. Elles seront poursuivies par le ZTF, mais aussi par le Dark Energy Camera et par l'Observatoire Vera Rubin, qui pourront couvrir le ciel proche du Soleil et la population d'IVA, si la population des satellites Starlink et autres déchets du même type le permet... 

Source

The discovery and characterization of a kilometre sized asteroid inside the orbit of Venus 
Bryce T Bolin et al.
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters, slac089 (13 august 2022)


Illustrations

1. Images de Ayló chaxnim par le ZTF (Bolin et al.)
2. Schéma de l'orbite de l'astéroïde, comparée aux orbites de Mercure, Vénus et de la Terre (Bolin et al.)

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