Des chercheurs démystifient l’origine inhabituelle de la pluie de météores des Géminides

Les mystères entourant l’origine de ce flux de météoroïdes fascinent depuis longtemps les scientifiques car, alors que la plupart des averses de météores sont créées lorsqu’une comète émet une queue de glace et de poussière, les Géminides proviennent d’un astéroïde – un morceau de roche qui ne produit normalement pas de queue. . Jusqu’à récemment, les Géminides n’avaient été étudiées que depuis la Terre.

Maintenant, les chercheurs de Princeton ont utilisé les observations de la mission Parker Solar Probe de la NASA pour déduire qu’il s’agissait probablement d’un événement violent et catastrophique – comme une collision à grande vitesse avec un autre corps ou une explosion gazeuse – qui a créé les Géminides. Les conclusions, qui ont été publiées dans le Revue des sciences planétaires le 15 juin, affiner les hypothèses sur la composition et l’histoire de cet astéroïde qui expliqueraient son comportement non conventionnel.

“Les astéroïdes sont comme de petites capsules temporelles pour la formation de notre système solaire”, a déclaré Jamey Szalay, chercheur au laboratoire de physique spatiale de l’Université de Princeton et co-auteur de l’article. “Ils se sont formés lors de la formation de notre système solaire, et comprendre leur composition nous donne un autre élément de l’histoire.”

Un astéroïde inhabituel

Contrairement à la plupart des averses de météores connues qui proviennent de comètes, qui sont faites 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 sont formés via un mécanisme cométaire, il est inhabituel que celui-ci semble provenir d’un astéroïde”, a déclaré Wolf Cukier, classe de premier cycle de 2024 à Princeton et auteur principal de l’article.

“De plus, 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 avec des images Parker Solar Probe des Géminides. dirigé par Karl Battams du Naval Research Laboratory.

Lorsqu’une comète se rapproche du Soleil, elle devient plus chaude, ce qui fait que la glace à la surface libère une queue de gaz, qui à son tour entraîne avec elle de petits morceaux de glace et de poussière. Ce matériau continue de traîner derrière la comète car il reste dans l’attraction gravitationnelle du Soleil. Au fil du temps, ce processus répété remplit l’orbite du corps parent de matière pour former un flux de météorites.

Mais parce que les astéroïdes comme 3200 Phaethon sont faits de roche et de métal, ils ne sont généralement pas affectés par la chaleur du Soleil comme le sont les comètes, laissant les scientifiques se demander ce qui cause la formation du flux de 3200 Phaethon dans le ciel nocturne.

“Ce qui est vraiment bizarre, c’est que nous savons que 3200 Phaethon est un astéroïde, mais comme il vole près du Soleil, il semble avoir une sorte d’activité liée à la température”, a déclaré Szalay. “La plupart des astéroïdes ne font pas ça.”

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 Parker Solar Probe montrent que bien qu’une partie de l’activité de 3200 Phaethon soit 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.

Ouverture de la capsule temporelle

Pour en savoir plus sur l’origine du flux des Géminides, Cukier et Szalay ont utilisé les nouvelles données de 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 qu’on appelle le modèle” de base “de la formation d’un flux de météoroïdes et le modèle de création” violent “”, a déclaré Cukier. “C’est ce qu’on appelle “de base” parce que c’est la chose la plus simple à modéliser, mais en réalité, ces processus sont à la fois violents, juste différents degrés de violence.”

Ces différents modèles reflètent la chaîne d’événements qui se produiraient 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 libérés 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 indiquée par les données de la sonde Parker Solar Probe.

Il a ensuite utilisé le modèle de création violente pour simuler le matériau libéré de l’astéroïde avec une vitesse relative allant jusqu’à un kilomètre par heure, comme si les morceaux étaient détachés par un événement soudain et violent.

Il a également simulé le modèle cométaire, le mécanisme derrière la formation de la plupart des flux de météorites. L’orbite simulée résultante correspondait le moins à la façon dont l’orbite des Géminides apparaît réellement selon les données de Parker Solar Probe, ils ont donc exclu ce scénario.

En comparant les orbites simulées de chacun des modèles, l’équipe a constaté que les modèles violents étaient les plus cohérents avec les données de 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, a créé le flux des Géminides.

La 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, Maryland, pour assembler une image de la structure et du comportement du grand nuage de poussière qui tourbillonne à travers le système solaire le plus profond.

Ils ont profité de la trajectoire de vol de Parker – une orbite qui la fait osciller à des millions de kilomètres du Soleil, plus près que n’importe quel vaisseau spatial de l’histoire – pour obtenir le meilleur regard direct sur le nuage poussiéreux de grains émis par les comètes et les astéroïdes.

Bien que la sonde ne mesure pas directement les particules de poussière, elle peut suivre les grains de poussière de manière intelligente : lorsque les grains de poussière frappent le vaisseau spatial le long de sa trajectoire, 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 près du Soleil.

“Les premières données du genre que notre vaisseau spatial recueille actuellement seront analysées pendant des décennies”, a déclaré Nour Raouafi, scientifique du projet Parker Solar Probe à l’APL. “Et c’est excitant de voir des scientifiques de tous niveaux et de toutes compétences creuser pour faire la lumière sur le Soleil, le système solaire et l’univers au-delà.”

Atteignant les étoiles

Cukier a déclaré que sa passion pour l’apprentissage de l’espace extra-atmosphérique combinée au soutien du département l’a motivé à poursuivre ce projet.

Après avoir suivi un cours de laboratoire pratique offert par le laboratoire de physique spatiale de Princeton – où il a acquis une expérience pratique dans la construction d’instruments spatiaux, comme ceux qui échantillonnent actuellement l’environnement du Soleil à bord de Parker Solar Probe – et en tant que trésorier du club d’astronomie de premier cycle, il décidé qu’il voulait poursuivre des recherches parascolaires.

Il a été accueilli avec enthousiasme lorsqu’il a contacté des scientifiques du groupe de physique spatiale de Princeton. “Tout le monde est très favorable à la recherche de premier cycle, en particulier en astrophysique, car cela fait vraiment partie de la culture du département”, a-t-il déclaré.

“C’est toujours merveilleux lorsque nos étudiants comme Wolf peuvent contribuer si fortement à ce type de recherche spatiale”, a déclaré David McComas, chef du groupe de physique spatiale et vice-président du Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL). “Beaucoup d’entre nous ont été impressionnés par les affichages de météores des Géminides pendant des années et c’est génial d’avoir enfin les données et les recherches pour montrer comment ils se sont probablement formés.”

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, n’importe qui peut sortir le 14 décembre de cette année la nuit et lever les yeux. C’est visible de Princeton, et certains des météores sont vraiment brillants. Je recommande fortement de le voir.”

“Formation, Structure, and Detectability of the Geminids Meteoroid Stream” par WZ Cukier et JR 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 pour explorer les aspects du système Soleil-Terre qui affectent directement la vie et la société. Le programme est géré par le Goddard Space Flight Center de la NASA pour la division héliophysique de la direction des missions scientifiques de la NASA. APL gère la mission Parker Solar Probe pour la NASA.