Les dessous de la découverte des 19 nouveaux astéroïdes interstellaires

La découverte de la première population d'astéroïdes interstellaires ne s'est pas faite sur la base d'observations mais avec d'étonnantes simulations numériques nécessitant des millions de clones d'orbites et des dizaines de journées de calcul. Fathi Namouni, astronome et chercheur du CNRS au Laboratoire Lagrange de l'Observatoire de la Côte d'Azur nous explique comment, avec sa collègue Helena Morais, ils ont mis au point ces simulations très précises des orbites de ces astéroïdes permettant de « remonter le temps » et de retrouver leurs positions passées, au-delà de notre Système solaire.

L'étonnante découverte de 19 astéroïdes interstellaires a été rendue possible grâce à des simulations qu'ont pu réaliser Fathi Namouni, chercheur du CNRS au laboratoire Lagrange à l'observatoire de la Côte d'Azur (France) et sa consœur, le Dr Maria Helena Morais, de l'Universidade Estadual Paulista (Brésil).

Ces simulations ont été réalisées au Mésocentre de calcul intensif Sigamm (Simulations intensives en géophysique, astronomie, mécanique et mathématiques) de l'Observatoire de la Côte d'Azur. Elles ont consisté à reproduire le Système solaire et simuler l'orbite de ces objets jusqu'à l'époque où la formation des planètes s'est terminée, il y a plus ou moins 4,5 milliards d'années.

En complément des observatoires spatiaux et terrestres, les simulations numériques sont donc une autre façon de faire de l'astronomie. Cette technique moderne, qui s'appuie sur le big data et le calcul intensif, est devenue, comme dans d'autres domaines, un métier à part entière de la recherche en astronomie.

Si les simulations numériques sont essentiellement utilisées pour tester des théories, Fathi Namouni et Maria Helena Morais nous montrent qu'elles peuvent être utilisées pour reproduire des scènes passées, vieilles de plusieurs milliards d'années. Scènes qu'aucun observatoire spatial ou terrestre pourrait imager, quelles que soient les longueurs d'ondes.

VOIR AUSSIDécouverte d'au moins 19 astéroïdes d'origine extrasolaire !

Laissons la parole à Fathi Namouni

Futura : Comment simule-t-on l'histoire de 19 astéroïdes ?

Fathi Namouni : Pour chaque astéroïde, nous répliquons son orbite en 1 million de clones pour couvrir avec une grande précision l'erreur observationnelle de son orbite. Ensuite, nous simulons le mouvement de chacun des clones en remontant le temps à 4,5 milliards d'années dans le passé, l'époque où le disque qui avait donné naissance à tous les astéroïdes nés autour du soleil était compact. Compact veut dire qu'il était quasiment plat et ne s'étendait pas au-delà de l'orbite actuelle de Neptune (situé à 40 fois la distance Terre-Soleil).

Quelles données obtenez-vous ?

Fathi Namouni : Nous obtenons de l'essaim de clones, pour un astéroïde donné, une distribution statistique (ou de probabilité) qui représente les attributs de l'orbite originelle. La dispersion statistique des clones est due au phénomène du chaos. Nous utilisons la distribution statistique pour connaître les propriétés orbitales originelles de l'astéroïde en question 4,5 milliards d'années dans le passé.

Quelle puissance de calcul a été nécessaire ?

Fathi Namouni : Nous avons utilisé la machine Sigamm hébergée à l'Observatoire de la Côte d'Azur. Sa capacité de calcul est de 52 Tera-Flops (52 x 10^12 Opérations FLottantes par Seconde).

Combien de temps ont duré ces simulations ?

Fathi Namouni : Pour chaque astéroïde, le calcul aurait pris deux semaines si j'avais eu la machine pour moi tout seul. Dans la pratique, comme la machine est partagée avec d'autres utilisateurs, un mois par astéroïde a été nécessaire, soit 20 mois pour toute l'étude.

Comment s'assurer que les résultats ne sont pas faussés, voire qu'ils ne comportent pas d'erreurs de calcul ?

Fathi Namouni : Les résultats sont robustes, car notre simulation n'est pas un modèle de formation à paramètres dont l'issue dépend de la valeur de ces paramètres comme par exemple les modèles où l'on part d'un disque de planétésimaux, et on essaie de voir comment obtenir la configuration actuelle du système solaire. Nous simulons précisément le mouvement de chaque clone. Le seul paramètre qui entre dans cette étude est la taille de l'échantillon de clones pour chaque object (1 million). Si je pouvais mettre 1 milliard de clones, les courbes des distributions de probabilité seront bien plus lisses mais ne changeront pas. Au contraire, si j'avais mis 100.000 clones par objet, les courbes auraient été plus « pixélisées ». Les courbes ne changent pas car il n'y a aucun paramètre dans la simulation du mouvement d'un clone.

Cette simulation numérique a-t-elle permis d'autres découvertes ?

Fathi Namouni : Oui. Elle a mis en évidence des faits auxquels nous ne nous attendions pas. Par exemple, une des surprises a été que 8 des 17 Centaures ont des temps médians de vie très similaires (regroupés autour de 2,4 millions d'années avec une dispersion de 0,2 million d'années). Ce genre de regroupement n'a jamais été mis en évidence et pourrait indiquer que ces corps ont été capturés dans un même et unique évènement. On ne peut pas actuellement prouver que cet évènement a eu lieu car la résolution d'1 million de clones par objet n'est pas suffisante pour ce type de diagnostic.

Le système planétaire d'origine de ces astéroïdes a-t-il été localisé ?

Fathi Namouni : Non. Nous arrêtons la simulation à 4,5 milliards d'années dans le passé. Pour avoir une idée de l'origine de ces objets, il faudrait simuler leur processus de capture dans l'amas stellaire où est né le Soleil.

Quelle est l'étape suivante ?

Fathi Namouni : Dans l'immédiat, c'est monter en puissance de calcul (Peta-Flops) et augmenter le nombre de clones à 100 millions afin de lisser les probabilités de distribution et découvrir les évènements où les captures simultanées ont lieu. Comme cela, on pourra associer les centaures à des groupes de capture commune. Cela nous aidera à comprendre leur origine.

Un de ces 19 objets vous paraît-il intéressant pour envisager d'envoyer une sonde autour, voire un atterrisseur ?

Fathi Namouni : On ne connait pas vraiment les masses précises ; du coup, on ne peut pas faire de choix. Quand ces objets seront mieux observés, nous pourrons définir la cible optimale non seulement par rapport à la taille mais aussi par rapport à sa vitesse relative par rapport à la Terre afin de pouvoir non seulement s'en approcher mais peut-être s'y poser.

Source: https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/asteroides-dessous-decouverte-19-nouveaux-asteroides-interstellaires-80727/?fbclid=IwAR2LwNkG0iJ4Y3fposuiNgyfV8la1DKHi8xbhE6yePc3MkmYfUMO11eAIFk#utm_content=futura&utm_medium=social&utm_source=facebook.com&utm_campaign=futura

Précession des équinoxes : d’où vient ce phénomène ?

L'équinoxe est le moment exact de l'année où le Soleil traverse le plan équatorial de la Terre, c'est-à-dire est perpendiculaire à l'axe terrestre. Le jour et la nuit ont alors exactement la même durée. Une année connaît deux équinoxes par an : la première entre le 20 et le 22 mars, la seconde entre le 21 et le 23 septembre. C'est à cette période de l'année que se produisent les grandes marées.

Utilisons l'exemple de la toupie pour comprendre ce phénomène. Lorsqu'on lance une toupie, son axe de rotation se déséquilibre sous l'action de la pesanteur. Au lieu de tourner autour de son axe vertical, elle tourne avec un axe incliné, et décrit alors un cône sur le sol. C'est ce qu'il se produit lors de la précession des équinoxes. L'axe d'inclinaison de la Terre est de 23,5 degrés, une valeur plutôt faible, expliquant le fait que ce phénomène soit très lent. Il se déroule en 25 670 ans environ. En une année, son mouvement est de moins d'un degré, ce qui le rend presque imperceptible. 

On attribue la découverte de ce phénomène à l'astronome grec Hipparque en -130 av. J.-C., bien que d'autres peuples comme les Aztèques ou les Égyptiens aient laissé des traces de travaux à ce sujet. C'est d'ailleurs Hipparque qui a créé le terme de « précession », initialement utilisé pour parler d'un décalage vers l'avant. Ce terme est aussi utilisé pour des objets comme les satellites, les gyroscopes, ou encore le pendule de Foucault. Hipparque serait parvenu à cette découverte en remarquant un décalage de position des astres dans le ciel.

Pourquoi les marées sont-elles à l’origine de ce phénomène ? Quelles en sont les conséquences ?  

La Lune exerce une force d'attraction sur l'eau des océans et provoque les marées. Le jour de l'équinoxe, le Soleil est parfaitement perpendiculaire à l'Équateur et vient ajouter sa force à celle de la Lune. Leurs forces d'attraction s'additionnent et entraînent des marées plus fortes. Ces forces de marées tentent d'amener l'excès de masse présent au niveau de l'Équateur vers le plan orbital terrestre. Ainsi, elles engendrent un déplacement de l'axe de rotation de la Terre, c'est ce qu'on appelle la précession des équinoxes.

Ce phénomène de rotation de l'axe terrestre est à l'origine d'un changement de position des étoiles, qui ne seraient plus fixes dans la sphère céleste comme l'attestaient les précédentes recherches. Du point de vue des saisons, les changements sont pratiquement nuls, mais du point de vue astronomique, ils impactent les travaux des experts. En effet, de nos jours, les équinoxes se produisent lorsque le Soleil est positionné au-dessus de la constellation des Poissons. En revanche, dans l'Antiquité, il aurait été positionné sur la constellation du Bélier.

La précession des équinoxes engendre également une modification du temps de rotation de la Terre sur elle-même. Ainsi, la durée des saisons est 20 minutes plus courte que la durée nécessaire à la Terre pour occuper la même position. Tous les 2000 ans, cela représente un décalage de 1 mois. C'est ce décalage qui est à l'origine des années bissextiles. En effet, si l'on ajoute un jour au calendrier tous les 4 ans, c'est pour rattraper ce décalage de rotation de la Terre. Sans celui-ci, nos saisons actuelles avanceraient chaque année dans le temps.

Source: https://www.futura-sciences.com/sciences/questions-reponses/espace-precession-equinoxes-vient-ce-phenomene-13578/?fbclid=IwAR2B60hcOydwDaDRjilW98l4zbnRbO0Lxng_Qkc7RSOhK7Rh2JoIqSbDoL0#utm_content=futura&utm_medium=social&utm_source=facebook.com&utm_campaign=futura