Un groupe d'astronomes du monde entier, dont une équipe de l'Université de Washington et dirigée par la Queen's University Belfast, a révélé de nouvelles recherches montrant que des millions de nouveaux objets du système solaire seront détectés par une toute nouvelle installation, qui devrait être publiée en ligne plus tard en 2025.
L'observatoire NSF – Doe Vera C. Rubin devrait révolutionner nos connaissances des «petits corps» du système solaire – des coïs, des comètes et d'autres planètes mineures.
L'Observatoire de Rubin, en construction sur la crête de Cerro Pachón dans le nord du Chili, dispose du télescope d'enquête Simonyi de 8,4 mètres avec une conception unique de trois miroirs capable de surveiller tout le ciel visible toutes les quelques nuits.
En son cœur se trouve la plus grande caméra numérique au monde – l'enquête de 3,2 gigapixels sur l'espace et la caméra du temps (LSST) – en recouvrant un champ de vision de 9,6 degré carré avec six filtres, environ 45 fois la zone de la pleine lune. Ensemble, ce système « grand-profond » générera 20 téraoctets de données chaque soir – créant un « film » en accéléré de temps sans précédent du Cosmos au cours des 10 prochaines années, et un ensemble de données incroyablement puissant avec lequel cartographier le système solaire.
L'équipe d'astronomes, dirigée par Meg Schwamb de l'Université Queen's, a créé Sorcha, un nouveau logiciel innovant open source utilisé pour prédire quelles découvertes sont susceptibles d'être faites.
Sorcha est le premier simulateur de bout en bout qui ingère le programme d'observation prévu de Rubin. Il applique des hypothèses sur la façon dont l'observatoire Rubin voit et détecte les sources astronomiques dans ses images avec le meilleur modèle de ce à quoi ressemblent le système solaire et ses petits réservoirs de corps aujourd'hui.
« Des logiciels de simulation précis comme Sorcha sont essentiels », a déclaré Schwamb, un lecteur de la School of Mathematics and Physics à l'Université Queen's. « Il nous dit ce que Rubin découvrira et nous permet de l'interpréter. Notre connaissance de ce que les objets remplissent le système solaire de la Terre s'apprête à se développer de façon exponentielle et rapidement. »
En plus des huit principales planètes, le système solaire abrite une vaste population de petits corps qui se sont formés aux côtés des planètes il y a plus de 4,5 milliards d'années. Beaucoup de ces petits corps restent essentiellement inchangés depuis la naissance du système solaire, agissant comme un record fossile de ses premiers jours. En étudiant leurs orbites, tailles et compositions, les astronomes peuvent reconstruire comment les planètes se sont formées, migrées et évoluées.
Ces objets – en nombre dans les dizaines de millions de personnes – fournissent une fenêtre puissante sur des processus tels que la livraison d'eau et de matière organique sur Terre, le remodelage des orbites planétaires par des planètes géantes et le risque continu posé par ceux dont les chemins les rapprochent de notre planète.
En plus de l'Université Queen's et de l'UW, l'équipe internationale comprend des chercheurs du Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian et l'Université de l'Illinois Urbana-Champaign.
Une série d'articles décrivant le logiciel et les prédictions ont été acceptées pour publication par le Revue astronomique et sont disponibles maintenant sur le serveur de préparation arxiv.
Au-delà de la simple recherche de ces nouveaux petits corps, l'Observatoire Rubin les observera plusieurs fois en utilisant différents filtres optiques, révélant leurs couleurs de surface. Des enquêtes antérieures du système solaire ont généralement été observées avec un seul filtre.
« Avec le catalogue LSST des objets du système solaire, notre travail montre que ce sera comme passer de la télévision en noir et blanc à des couleurs brillantes », a déclaré Joe Murtagh, un doctorant à l'Université Queen's. « C'est très excitant – nous nous attendons à ce que des millions de nouveaux objets du système solaire soient détectés et que la plupart d'entre eux seront repris dans les premières années de Sky Survey. »
Les simulations de l'équipe montrent que Rubin mappera:
- 127 000 objets proches de la Terre – Estéroïdes et comètes dont les orbites traversent ou s'approchent de la Terre. C'est plus que tripler les objets connus d'aujourd'hui, environ 38 000, et détecter plus de 70% des corps potentiellement dangereux supérieurs à 140 mètres. Cela réduira le risque d'impact astéroïde non détecté des proportions catastrophiques d'au moins deux fois, apportant une énorme contribution à la défense planétaire.
- Plus de 5 millions d'astéroïdes de ceinture principale, contre environ 1,4 million, avec des données de couleur et de rotation précises sur environ un astéroïde sur trois au cours des premières années de l'enquête. Cela permettra aux scientifiques sans précédent un aperçu des caractéristiques et de l'histoire des éléments constitutifs du système solaire.
- 109 000 chevaux de Troie Jupiter, des organismes partageant l'orbite de Jupiter à des points « Lagrange » stables – plus de sept fois le nombre catalogué aujourd'hui. Ces corps représentent certains des matériaux les plus vierges, datant jusqu'à la formation des planètes.
- 37 000 objets trans-neptuniens, résidents de la ceinture lointaine de Kuiper – 10 fois 10 fois le recensement actuel – éclairer la migration passée de Neptune et l'histoire du système solaire extérieur.
- Environ 1 500 à 2 000 siècles, les corps sur des orbites géantes de courte durée de la planète dans le système solaire moyen. La plupart des centaures seront finalement éjectés du système solaire, mais quelques chanceux survivront pour devenir des comètes à courte période. Le LSST fournira la première vue détaillée des centaures et l'importante étape de transition de Centaur à la comète.
Le LSST de l'Observatoire de Rubin est une occasion unique de remplir les pièces manquantes de notre système solaire, a déclaré Mario Juric, membre de l'équipe Sorcha et professeur d'astronomie UW. Juric est également une équipe d'équipe des pipelines de traitement du système solaire de Rubin et directeur du Dirac Institute de l'UW.
« Nos simulations prédisent que Rubin élargira les populations de petits corps connues par des facteurs de 4 à 9x, offrant une mine sans précédent d'orbites, de couleurs et de courbes lumineuses », a déclaré Juric. « Avec ces données, nous serons en mesure de mettre à jour les manuels de la formation du système solaire et d'améliorer considérablement notre capacité à repérer – et potentiellement déviation – les astéroïdes qui pourraient menacer la Terre. »
Il a fallu 225 ans d'observations astronomiques pour détecter les 1,5 million d'astéroïdes, et les chercheurs ont constaté que Rubin doublera ce nombre en moins d'un an, a déclaré Jake Kurlander, doctorant à l'UW.
« La combinaison inégalée de Rubin de l'étendue et de la profondeur en fait une machine de découverte unique », a déclaré Kurlander.
Siegfried Eggl, professeur adjoint d'ingénierie aérospatiale à l'Université de l'Illinois, Urbana-Champaign a ajouté: « Ce n'est que par le modèle d'observation complexe de Debiasing LSST que nous pouvons transformer les détections brutes en un véritable reflet de l'histoire du système solaire – où les planètes se sont formées, et comment ils ont migré au cours des milliards d'années. Sorcha est un déchangeur de jeu dans ce respect. »
Le code Sorcha est open-source et disponible librement avec les catalogues et animations simulés. En rendant ces ressources disponibles, l'équipe Sorcha a permis aux chercheurs du monde entier d'affiner leurs outils et d'être prêt pour le flot de données LSST que Rubin générera, faisant progresser la compréhension des petits corps qui illuminent le système solaire comme jamais auparavant.
L'Observatoire de Rubin devrait dévoiler sa première imagerie spectaculaire lors de son événement « First Look » le 23 juin, offrant au monde un aperçu précoce du pouvoir de l'enquête. Les opérations scientifiques complètes devraient commencer plus tard cette année.
