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Comment se sont formées les comètes

« Chury », La cible de Rosetta, et d’autres comètes observées par les missions spatiales montrent toutes des structures en couches et des formes bilobées. Grâce à des simulations informatiques 3D, Martin Jutzi membre de PlanèteS à l’Université de Berne a été en mesure de reconstituer la formation de ces caractéristiques suite a des collisions et des fusions douces. L’étude a été publiée en ligne dans la revue «Science Express».

Dans une séquence vidéo basée sur une simulation informatique deux sphères de glace ayant un diamètre d’environ un kilomètre se déplacent l’une vers l’autre. Elles se heurtent à la vitesse d’une bicyclette, commencent un mouvement de rotation mutuel et se séparent à nouveau après que le corps plus petit ait déposé de la matière sur la plus grande. Le film montre que le plus petit objet est ralenti par la gravité. Après environ 14 heures, il retombe sur le grand pour un nouvel impact un jour après la première collision. Les deux corps finissent par fusionner pour en former un seul qui ressemble à quelque chose de familier: La forme bilobée de la comète 67P / Churyumov-Gerasimenko photographiée par la sonde Rosetta de l’ESA.

Cette simulation fait partie d’une étude publiée dans «Science Express» par l’astrophysicien bernois Martin Jutzi et son collègue américain Erik Asphaug (Arizona State University). Avec leurs modèles informatiques en trois dimensions les chercheurs tentent de reconstituer ce qui est arrivé dans le système solaire primitif. «Les comètes ou leurs précurseurs se sont formés dans la région des planètes extérieures, peut-être des millions d’années avant la formation de la planète,» explique Martin Jutzi. «Reconstruire le processus de formation des comètes peut fournir des informations cruciales sur la phase initiale de la formation des planètes, comme par exemple, les dimensions initiales des blocs de construction de planètes, les planétésimaux ou cometésimaux qui se trouvaient dans le système solaire externe.» Environ 100 simulations ont été effectuées, chacune prenant une à plusieurs semaines de calcul, selon le type de collision. Le travail a été soutenu par le Fonds national suisse à travers le programme Ambizione et en partie réalisée dans le cadre du NCCR PlanetS.

67P / Churyumov-Gerasimenko n’est pas la seule comète montrant une forme bilobée et une structure en couches. Lorsqu’elle s’est écrasée sur la comète 9P/Tempel1 en 2005, la sonde Deep Impact de la NASA a montré des couches similaires, une caractéristique également présumée sur deux autres comètes visitées par des sondes de la NASA. La moitié des noyaux cométaires observés par des sondes ont, jusqu’à présent, des formes bilobées comme par exemple 103P/Hartley2 et 19P/Borelly. «Comment et quand ces caractéristiques se sont formées, le sujet est très controversé, tant ses implications sur la formation du système solaire, de la dynamique et de la géologie sont importantes » explique Martin Jutzi.

Les vestiges primordiaux d’une phase calme

Dans leur étude, les chercheurs ont appliqué des modèles 3D de collision, contraints par ces données de forme et de topographie, pour essayer de comprendre le mécanisme d’accrétion de base et de ses implications sur la structure interne. Comme leurs simulations l’indiquent, les principales caractéristiques structurelles observées sur les noyaux cométaires peuvent être expliquées par la faible vitesse d’accrétion de petits cometésimaux. Le modèle est également compatible avec les petites densités observées dans les comètes comme étant le résultat de collisions entraînant un faible compactage.

«Ces fusions lentes pourraient représenter la phase calme et précoce de la formation des planètes, avant que les grands corps excitent le système à des vitesses perturbatrices, soutenant l’idée que les noyaux cométaires sont les vestiges primordiaux de l’agglomération précoce de petits corps,» explique Martin Jutzi. Alternativement, le même processus de coagulation a pu se produire entre les amas de débris éjectés par des corps parents beaucoup plus grands. Avec les futures missions spatiales utilisant le radar pour photographier directement la structure interne, les simulations informatiques 3D représentent une étape importante pour clarifier la question de savoir comment les noyaux cométaires ont été assemblés.

Publication:

M. Jutzi, E. Asphaug, «The shape and structure of cometary nuclei as a result of low velocity accretion», Science Express, 2015

Contact:

martin.jutzi@space.unibe.ch

Collision of two icy spheres with a diameter of about one kilometer. After a first impact the bodies separate and reimpact a day later.

Collision of two icy spheres with a diameter of about one kilometer. After a first impact the bodies separate and reimpact a day later.

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