New Horizons a peut-être résolu le cas froid de la formation de planètes
Il n’y a pas si longtemps, il semblait que les jours de gloire de la mission New Horizons de la NASA étaient dans le rétroviseur, laissés pour compte avec sa rencontre historique avec Pluton en 2015. Puis, au début de l’année dernière, le vaisseau spatial strié par Arrokoth, un peu d’épaves dérivant à travers le Ceinture de Kuiper – l’anneau diffus de corps glacés primitifs au-delà de Neptune, dont Pluton est le plus grand membre. 
Ce que New Horizons a découvert à Arrokoth – initialement rapporté l’année dernière et maintenant renforcé par 10 fois plus de données dans trois études publiées la semaine dernière dans Science – est un indice critique du plus grand cas froid du système solaire : le mystère de la naissance des planètes.
Grâce à des études minutieuses de la forme, de la géologie, de la couleur et de la composition d’Arrokoth, ainsi qu’à des simulations informatiques sophistiquées, les chercheurs ont développé une image plus claire de la façon dont cette relique du système solaire primitif a dû se former. Et avec ces connaissances, ils ont également acquis une meilleure compréhension de la façon dont les éléments constitutifs des mondes se sont formés autour du soleil il y a plus de quatre milliards d’années.
La recette pour fabriquer des planètes est d’une simplicité trompeuse : bousculez un énorme nuage de gaz et de poussière pour qu’il s’effondre sur lui-même comme une avalanche sphérique, comprimant la majeure partie de sa matière en une étoile centrale nouveau-née. 
Ensuite, reculez et regardez le moment angulaire restant du nuage tourner et aplatir les restes en un disque tourbillonnant autour de l’étoile. En quelques millions d’années, pense-t-on, les mondes fusionnent dans le disque via un processus appelé accrétion hiérarchique. Les particules de poussière se heurtent et se collent, se transformant progressivement en cailloux et, éventuellement, en planètes. Facile, non ?
Sauf qu’il semble y avoir un goulot d’étranglement crucial dans cette chaîne d’assemblage planétaire : le saut des cailloux aux blocs de construction kilométriques appelés planétésimaux. C’est à cette étape que de nombreux théoriciens s’attendent à ce que l’accrétion hiérarchique se décompose temporairement, car les rochers à l’échelle du mètre qui se heurtent à des vitesses orbitales sont plus susceptibles de se briser en gravier que de grossir. Les planétésimaux, en revanche, devraient être suffisamment volumineux pour que leur gravité intrinsèque encercle les fragments produits par les collisions, les ramenant dans le giron et permettant à la croissance de se poursuivre jusqu’à la planète.
« La gravité est une force universelle et agit comme une colle pour faire grossir les planétésimaux une fois qu’ils se forment », explique David Nesvorný du Southwest Research Institute, co-auteur de l’une des nouvelles études. « Mais ce n’est pas vrai au stade initial, quand vous avez juste des particules de poussière dans un disque qui se collent ensemble par des forces moléculaires pour faire des cailloux. La gravité n’y est pas très importante. Alors, quelle est la « colle » qui permet aux choses de se développer pour produire des objets de 10 ou 100 kilomètres ? »
Descendant ou ascendant ?
À partir de là, un nuage de cailloux s’effondrera, faisant apparaître des planétésimaux – au pluriel, car la conservation du moment cinétique fait tourner deux ou plusieurs corps denses à l’échelle d’un kilomètre à partir du matériau qui tombe. Ainsi, si les planétésimaux se forment par effondrement, la plupart d’entre eux devraient commencer comme des systèmes binaires, dont certains fusionneront ensuite lentement ou perdront leurs compagnons par des interactions gravitationnelles. 
Lorsqu’elles ont été révélées pour la première fois l’année dernière, ces preuves qui se chevauchent à partir de superordinateurs hautes performances et d’études télescopiques d’objets de la ceinture de Kuiper ont été saluées par certains experts.comme la meilleure preuve à ce jour de la réalité de l’instabilité du flux et des modèles locaux d’effondrement des nuages de la formation planétésimale.
« Je ne me fais aucune illusion sur le fait qu’il y aura un accord universel et instantané à ce sujet », déclare Andrew Youdin de l’Université de l’Arizona, co-initiateur de l’hypothèse de l’instabilité du flux, qui a aidé à réaliser ce travail révolutionnaire. « De toute façon, vous ne voulez pas que tout le monde saute dans le train en marche. C’est quelque chose de plus progressif. C’est ainsi que la science devrait fonctionner.
À la lumière des données du survol d’Arrokoth de New Horizons, cependant, le train en marche pourrait bientôt être réservé aux places debout. « Ces deux choses vont ensemble », déclare Will Grundy de l’Observatoire Lowell à Flagstaff, en Arizona, co-auteur des trois nouvelles études Arrokoth et responsable de l’analyse binaire de la ceinture de Kuiper. « La preuve d’orientations d’orbite binaire prograde est parfaitement cohérente avec l’instabilité du flux en tant que mécanisme formatif. Et toutes les preuves fournies par Arrokoth sont qu’il s’est formé par l’effondrement d’un nuage, bien qu’il ne nous dise pas comment ce nuage s’est formé.
Le cas de l’effondrement du nuage
Anciennement connu sous le nom de 2014 MU69 (ou sa désignation informelle Ultima Thule) avant son nom officiel , Arrokoth est un « binaire de contact » de 36 kilomètres de long, composé de deux lobes glacés, aplatis, légèrement cratérisés et se touchant doucement. L’arrangement donne à Arrokoth l’apparence d’un bonhomme de neige écrasé. Sa surface est extrêmement et uniformément rouge, probablement à cause des molécules organiques qui se sont formées pendant des éternités de martèlement constant par le rayonnement cosmique. Et peut-être le plus important, le binaire de contact est un membre de la famille des corps « classiques froids » de la ceinture de Kuiper – des objets en orbites calmes et circulaires qui n’ont guère interagi avec quoi que ce soit d’autre depuis leur formation il y a plus de quatre milliards d’années, au l’aube du système solaire.
« Le débat sur la formation des planétésimaux s’est principalement basé sur des modèles informatiques, car chaque petit objet du système solaire auquel nous sommes allés pour la » vérité terrain « a été fortement chauffé et érodé par la lumière du soleil et les impacts », explique Stern. « Ensuite, nous allons à Arrokoth, et il est clair que cette chose a été froide depuis qu’elle existe et se trouve dans une partie très raréfiée du système solaire où il n’y a jamais eu d’environnement de collision intensif. C’est une capsule temporelle d’il y a plus de quatre milliards d’années, et elle ne peut pas être expliquée, dans l’ensemble, par des modèles d’accrétion hiérarchiques.
Dans les moindres détails, affirment Stern et ses collègues, Arrokoth répond aux attentes fixées par les modèles d’effondrement des nuages. Ses lobes lisses, si délicatement perchés les uns sur les autres, ne montrent aucun signe des violents écrasements à grande vitesse prédits par l’accrétion hiérarchique – ils ont dû entrer en collision très placidement, rapprochés avec une vitesse de rapprochement aussi faible qu’un mètre par seconde alors qu’ils tournaient en spirale. le gaz du disque natal du système solaire embryonnaire. Et les lobes sont chacun aplatis de la même manière, exactement comme s’ils sortaient tous les deux du même nuage qui s’effondre. En couleur et en composition, ils apparaissent, partout, les mêmes, alors qu’ils devraient être plus variés s’ils sont formés à partir d’objets plus petits entrant en collision à travers des parties éloignées du système solaire. « C’est comme un CSIépisode », dit Stern. « Il y a trop de preuves qui pointent toutes vers un auteur ici, pas l’autre. Tout s’aligne sur l’effondrement du nuage.
Cette conclusion elle-même est quelque peu surprenante. « Nous savions que nous serions probablement en mesure d’apprendre quelque chose sur la formation planétésimale d’Arrokoth », déclare John Spencer du Southwest Research Institute, co-auteur des trois récents articles scientifiques . « Mais nous ne nous attendions pas à ce que ce soit si évident quand nous sommes arrivés là-bas. Aucun de nous n’imaginait, je ne pense pas, qu’Arrokoth serait si vierge et que l’histoire qu’il racontait serait si claire.
Il y a, bien sûr, un hic potentiel : Arrokoth est le seul objet de ce type jamais vu de près, et faire d’énormes extrapolations à partir d’un échantillon de un est intrinsèquement risqué. « Je suis convaincu qu’il s’agit d’une avancée majeure dans notre compréhension de la formation des planétésimaux, mais quelqu’un demandera probablement : « Eh bien, ce n’est qu’un objet. Comment pouvez-vous savoir que c’est typique ? » déclare William McKinnon de l’Université de Washington à St. Louis, qui est également co-auteur des trois nouvelles études. « Eh bien, nous n’avons pas choisi [Arrokoth] parce que nous savions à quoi cela ressemblerait. Nous l’avons choisi parce que nous pouvions l’atteindre avec New Horizons. S’il s’était avéré que c’était une pomme de terre spatiale couverte de cratères, nous raconterions une histoire différente maintenant, mais ce n’est pas le cas.
Plus de certitude pourrait provenir de New Horizons alors qu’il s’enfonce plus profondément dans la ceinture de Kuiper. Avec la chaleur et l’électricité de ses instruments fournies par la désintégration progressive des isotopes nucléaires de longue durée, la mission pourrait poursuivre ses explorations jusque dans les années 2030 (à condition que la NASA continue de financer ses opérations). Il est peu probable que les 10 kilogrammes de propulseur restant du vaisseau spatial suffisent pour un autre survol post-Pluton d’un objet de la ceinture de Kuiper, mais l’équipe recherche toujours ardemment d’autres cibles possibles en utilisant certains des plus grands télescopes au sol sur Terre. Pendant ce temps, ils utilisent le télescope beaucoup plus modeste de 21 centimètres de New Horizons pour étudier à distance les objets de la ceinture de Kuiper qui passent au loin. De telles études ne renverront pas d’images magnifiques. Mais ils pourraient encore surpasser toutes les observations du voisinage de la Terre, fournissant des mesures de formes,
De nouvelles données du survol d’Arrokoth de New Horizons indiquent comment les planètes se sont formées 
Les données du petit monde connu sous le nom d’Arrokoth révèlent de toutes nouvelles informations sur la façon dont les planètes se sont réunies.
Le jour du Nouvel An 2019, la sonde New Horizons est passée devant un petit monde en forme de bonhomme de neige désigné 2014 MU69. Au moment du survol, l’objet lointain portait le nom officieux d’Ultima Thule, mais son nom officiel, désormais approuvé par l’Union astronomique internationale, est Arrokoth, qui signifie « ciel » dans la langue amérindienne Powhatan . C’est l’objet le plus éloigné à avoir jamais été survolé par un vaisseau spatial terrestre, mettant 13 ans à New Horizons pour l’atteindre.
Maintenant, plus d’un an après le survol, les données sont arrivées. Les chercheurs de l’équipe New Horizons ont présenté leurs dernières découvertes, basées sur une mine de nouvelles données du vaisseau spatial, le 13 février lors de la réunion annuelle de l’American Association for l’avancement des sciences à Seattle. Les données représentent une bien plus grande partie des découvertes de New Horizons que les transmissions minimales de l’année dernière, et l’analyse qui en résulte pourrait modifier la compréhension des scientifiques sur la formation du système solaire.
Capsule temporelle antique
Les astronomes savent que le système solaire a commencé comme un nuage nébuleux de gaz et de poussière, qui s’est finalement transformé en le système bien ordonné que nous voyons aujourd’hui. Mais les étapes intermédiaires ont été floues.
Arrokoth, un corps ancien mais sans prétention en orbite dans la région lointaine et froide de la ceinture de Kuiper au-delà de Neptune, est parfaitement prêt à commencer à nous donner des réponses. Le monde lointain a probablement très peu changé depuis sa formation près de la naissance du système solaire, il fonctionne donc comme une sorte de capsule temporelle de cet ancien milieu.
Et la vision de ce monde antique, disent les astronomes, indique clairement un passé où des objets comme celui-ci se sont formés à partir de l’effondrement direct de la nébuleuse solaire d’origine – le nuage gazeux qui s’est finalement effondré pour devenir notre système solaire.
Composé de deux lobes aux teintes rouges, comme un bonhomme de neige légèrement aplati, Arrokoth a une surface relativement lisse avec peu de signes d’impacts d’astéroïdes. Plus important encore, les deux lobes semblent avoir bougé et tournoyé au pas de match avant même qu’ils n’entrent en contact. On peut imaginer deux amants en promenade, gravitant l’un contre l’autre avant même de se tendre la main.
C’est une histoire de formation qui aide à répondre à une vieille énigme cosmique posée par des interprétations différentes des données disponibles.
« Pendant des décennies, il y a eu une guerre des modèles informatiques », déclare le chercheur principal de New Horizons, Alan Stern, dans une interview avec Discover . Un côté a soutenu le soi-disant modèle d’accrétion hiérarchique, où les grains de poussière se sont heurtés pour former des cailloux, qui ont formé des roches, puis des rochers, et enfin de gros corps dans un long et violent jeu d’autos tamponneuses. L’autre côté a plaidé pour l’effondrement des nuages, ce qui signifie que la nébuleuse originale de poussière et de gaz a tourbillonné ensemble par gravité et s’est effondrée très doucement directement dans des corps plus grands. Cela peut sembler être une distinction fine, mais c’est une distinction qui a de grandes implications sur la façon dont notre système solaire a vu le jour.
Arrokoth, en orbite dans l’arrière-pays éloigné du système solaire, offre une vue inédite de la façon dont le processus de formation des planètes s’est réellement produit.
« Nous ne sommes jamais allés voir un objet aussi primitif et bien conservé qu’Arrokoth », déclare Stern. « Il est fondamentalement inchangé depuis plus de quatre milliards d’années, lorsqu’il s’est formé. » Cela le rend inestimable pour répondre aux questions sur le passé profond du système solaire.
Venir ensembleLes premières données de New Horizons l’année dernière ont fait allusion à un léger crash entre les deux lobes qui composent Arrokoth, preuve de la théorie des collisions de la formation du système solaire.
Mais, dit Stern, avec dix fois plus de données et plusieurs mois de modélisation informatique, ils voient maintenant une histoire différente, celle qui implique qu’Arrokoth se forme beaucoup plus placidement.
« Il existe cinq sources différentes de preuves de l’effondrement des nuages », dit-il, toutes pointant vers la théorie de la formation plus douce. Et si Arrokoth s’est formé de cette façon, c’est un signe que le reste des éléments constitutifs du système solaire a peut-être également émergé d’un nuage de poussière, plutôt que des violentes collisions d’innombrables objets.
« Arrokoth a fourni un test décisif entre les deux », a déclaré Stern lors du point de presse. « Je crois que cela change la donne. »
Avec plus de données maintenant sur Terre, les chercheurs réexaminent leurs théories sur ce monde lointain. Arrokoth a une forme de bonhomme de neige reconnaissable, bien que les données semblaient indiquer qu’il pourrait être aplati, plus comme deux crêpes que deux sphères. Des observations mises à jour montrent que les pièces sont encore pour la plupart rondes et légèrement aplaties.
Les données renforcent également la teinte rouge d’Arrokoth, une caractéristique qu’elle partage avec de nombreux autres objets éloignés du système solaire. Les scientifiques pensent que la couleur rouge est due à des molécules organiques similaires aux tholins, considérées comme les éléments constitutifs de la vie.
Les données sur Arrokoth circulent toujours de New Horizons vers la Terre et ne se termineront pas avant un an et demi. Mais les gestionnaires d’engins spatiaux ont trié les données de la plus haute priorité à la plus basse, il est donc peu probable que les données qui n’ont pas encore été reliées en aval changent radicalement la situation.
À l’avenir, les planificateurs de mission aimeraient voir New Horizons bourdonner d’un autre objet de la ceinture de Kuiper lors de son voyage hors du système solaire. Stern dit qu’à moins que le vaisseau spatial ne fonctionne mal, il peut continuer à collecter des données jusqu’à la fin des années 2030. Mais il devrait quitter la ceinture de Kuiper à la fin des années 2020, il ne lui reste donc que quelques années pour scruter le ciel à la recherche de sa prochaine cible.
Les nouveaux résultats ont été publiés dans une série d’articles le 13 février dans science.
https://www.scientificamerican.com/article/new-horizons-may-have-solved-planet-formation-cold-case/