Des astronomes et des scientifiques citoyens ont découvert plus de 1 000 astéroïdes jusqu’alors inconnus à l’aide d’images d’archives de Hubble, offrant ainsi de nouvelles perspectives sur l’évolution de la ceinture d’astéroïdes et confortant les théories de fragmentation collisionnelle. Crédit : Issues.fr.com
L’exposition au ciel profond fournit des preuves révélatrices du déplacement d’un astéroïde sur le fond céleste
Il y a plus de 4 milliards d'années, les huit principales planètes autour de notre Soleil se sont formées en balayant les débris d'un vaste disque de poussière et de gaz entourant le Soleil. Ceci est commun au processus de naissance de la planète, et le Le télescope spatial Hubble a été le premier à voir optiquement des disques similaires entourant des étoiles nouveau-nées, donnant ainsi un aperçu des années de formation du système solaire. Aujourd’hui, 4 milliards d’années plus tard, le chantier de construction de la planète est toujours encombré de débris.
La plupart de ces anciens décombres spatiaux, appelés astéroïdes, se trouvent entre les orbites de Mars et Jupiter dans la ceinture principale d'astéroïdes. Le recensement de la population d'astéroïdes est en cours. Les capacités uniques de Hubble lui permettent d'être utilisé comme « chasseur d'astéroïdes » pour cette tâche. Les astéroïdes apparaissent sous forme de traînées courbes sur les images de Hubble. Les traînées sont dues à la parallaxe car Hubble n'est pas stationnaire, mais en orbite autour de la Terre. Cela donne l’illusion que les astéroïdes faibles nagent le long de trajectoires courbes.
Les archives de Hubble, qui s'étendent sur de nombreuses années, regorgent d'images qui capturent des astéroïdes capricieux marchant le long de leurs orbites. Ce n’étaient pas les cibles prévues, mais plutôt des étoiles et des galaxies photobombées en arrière-plan. Trouver ces astéroïdes est une sorte de jeu de Où est Waldo. Il a été reconnu que cela représenterait un effort herculéen pour n'importe quel groupe d'astronomes, c'est pourquoi les chercheurs se sont appuyés sur une petite armée de scientifiques citoyens bénévoles pour parcourir la multitude de photos de Hubble. Ce qu'ils ont trouvé a été appliqué à apprentissage automatique pour déterrer encore plus d'astéroïdes. Le projet a identifié 1 701 traînées d’astéroïdes. La plupart des astéroïdes sont trop petits pour avoir été détectés auparavant sans la résolution précise et la sensibilité à la lumière ultraviolette de Hubble.

Cette image du télescope spatial Hubble de la galaxie spirale barrée UGC 12158 donne l'impression que quelqu'un y a apporté un marqueur blanc. En réalité, il s'agit d'une combinaison d'expositions temporelles d'un astéroïde de premier plan se déplaçant dans le champ de vision de Hubble, photobombant l'observation de la galaxie. Plusieurs clichés de la galaxie ont été pris, comme en témoigne le motif en pointillés. L'astéroïde apparaît comme une traînée courbe en raison de la parallaxe : parce que Hubble n'est pas stationnaire, mais en orbite autour de la Terre, ce qui donne l'illusion que le faible astéroïde nage le long d'une trajectoire courbe. L’astéroïde inexploré se trouve à l’intérieur de la ceinture d’astéroïdes de notre système solaire et est donc 10 000 milliards de fois plus proche de Hubble que de la galaxie d’arrière-plan. Plutôt qu’une nuisance, ce type de données est utile aux astronomes pour effectuer un recensement de la population d’astéroïdes dans notre système solaire. Crédit : NASA, ESA, Pablo García Martín (UAM) ; Traitement d'images : Joseph DePasquale (STScI) ; Remerciements : Alex Filippenko (UC Berkeley)
Le télescope spatial Hubble part à la chasse aux petits astéroïdes de la ceinture principale
Tout comme les rochers, les rochers et les cailloux disséminés dans un paysage, les astéroïdes existent dans une large gamme de tailles. Le catalogage des astéroïdes dans l'espace est délicat car ils sont faibles et ils ne s'arrêtent pas pour être photographiés alors qu'ils parcourent leurs orbites autour du Soleil.
Les astronomes ont récemment utilisé une mine d'images archivées prises par NASAdu télescope spatial Hubble pour capturer visuellement une population largement invisible de petits astéroïdes dans leurs traces. La chasse au trésor a nécessité la lecture de 37 000 images de Hubble sur 19 ans. La récompense a été la découverte de 1 701 traces d’astéroïdes, dont 1 031 n’étaient auparavant pas cataloguées. Environ 400 de ces astéroïdes non catalogués mesurent moins d’un kilomètre.

Ce graphique est basé sur les données d'archives du télescope spatial Hubble qui ont été utilisées pour identifier une population largement invisible de très petits astéroïdes sur leurs traces. Les astéroïdes n’étaient pas les cibles prévues, mais plutôt des étoiles et des galaxies photobombées en arrière-plan dans les images de Hubble. La chasse au trésor complète a nécessité la lecture de 37 000 images de Hubble sur 19 ans. Cela a été accompli en faisant appel à des volontaires de la « science citoyenne » et à des algorithmes d’intelligence artificielle. La récompense a été la découverte de 1 701 traces d’astéroïdes non détectés auparavant. Crédits : Pablo García Martín (UAM), Elizabeth Wheatley (STScI)
Science citoyenne et apprentissage automatique en astronomie
Des bénévoles du monde entier, connus sous le nom de « scientifiques citoyens », ont contribué à l’identification de cet astéroïde. Des scientifiques professionnels ont combiné les efforts des volontaires avec un algorithme d'apprentissage automatique pour identifier les astéroïdes. Il s’agit d’une nouvelle approche pour trouver des astéroïdes dans des archives astronomiques s’étalant sur plusieurs décennies, qui pourrait être appliquée efficacement à d’autres ensembles de données, affirment les chercheurs.
« Nous observons de plus en plus la population réduite d’astéroïdes de la ceinture principale. Nous avons été surpris de voir un si grand nombre d'objets candidats », a déclaré l'auteur principal Pablo García Martín de l'Université autonome de Madrid, en Espagne. « Il y avait une trace de l'existence de cette population, mais nous la confirmons maintenant avec un échantillon aléatoire de population d'astéroïdes obtenu à l'aide de l'ensemble des archives Hubble. Ceci est important pour fournir un aperçu des modèles évolutifs de notre système solaire.
Aperçu de l'évolution des astéroïdes
Le vaste échantillon aléatoire offre de nouvelles informations sur la formation et l’évolution de la ceinture d’astéroïdes. La découverte d’un grand nombre de petits astéroïdes favorise l’idée qu’il s’agit de fragments d’astéroïdes plus gros qui sont entrés en collision et se sont brisés, comme de la poterie brisée. Il s’agit d’un processus de destruction s’étalant sur des milliards d’années.
Une théorie alternative quant à l’existence de fragments plus petits est qu’ils se sont formés ainsi il y a des milliards d’années. Mais il n’existe aucun mécanisme concevable qui les empêcherait de grossir en boule de neige lorsqu’ils agglomèrent la poussière du disque circumstellaire formant planète autour de notre Soleil. « Les collisions auraient une certaine signature que nous pourrions utiliser pour tester la population actuelle de la ceinture principale », a déclaré le co-auteur Bruno Merín du Centre européen d'astronomie spatiale, à Madrid, en Espagne.

Cette image du télescope spatial Hubble de la galaxie spirale barrée UGC 12158 donne l'impression que quelqu'un y a apporté un marqueur blanc. En réalité, il s'agit d'une combinaison d'expositions temporelles d'un astéroïde de premier plan se déplaçant dans le champ de vision de Hubble, photobombant l'observation de la galaxie. Plusieurs clichés de la galaxie ont été pris, comme en témoigne le motif en pointillés.
L'astéroïde apparaît comme une traînée courbe en raison de la parallaxe : Hubble n'est pas stationnaire, mais en orbite autour de la Terre, ce qui donne l'illusion que le faible astéroïde nage le long d'une trajectoire courbe. L’astéroïde inexploré se trouve à l’intérieur de la ceinture d’astéroïdes de notre système solaire et est donc 10 000 milliards de fois plus proche de Hubble que de la galaxie d’arrière-plan.
Plutôt qu’une nuisance, ce type de données est utile aux astronomes pour effectuer un recensement de la population d’astéroïdes dans notre système solaire. Crédit : NASA, ESA, Pablo García Martín (UAM)
Des astronomes amateurs apprennent à l’IA à trouver des astéroïdes
En raison de l'orbite rapide de Hubble autour de la Terre, il peut capturer des astéroïdes errants à travers leurs traces révélatrices dans les expositions Hubble. Vu depuis un télescope terrestre, un astéroïde laisse une traînée sur l’image. Les astéroïdes « photobombent » les expositions de Hubble en apparaissant comme des traînées courbes indubitables sur les photographies de Hubble.
À mesure que Hubble se déplace autour de la Terre, il change de point de vue en observant un astéroïde, qui se déplace également le long de sa propre orbite. En connaissant la position de Hubble lors de l'observation et en mesurant la courbure des stries, les scientifiques peuvent déterminer les distances aux astéroïdes et estimer la forme de leurs orbites.
Les astéroïdes capturés résident principalement dans la ceinture principale, située entre les orbites de Mars et de Jupiter. Leur luminosité est mesurée par les caméras sensibles de Hubble. Et comparer leur luminosité à leur distance permet d’obtenir une estimation de leur taille. Les astéroïdes les plus faibles de l'étude ont environ un quarante millionième de la luminosité de l'étoile la plus faible visible par l'œil humain.
« Les positions des astéroïdes changent avec le temps et vous ne pouvez donc pas les trouver simplement en entrant leurs coordonnées, car à des moments différents, ils pourraient ne pas être là », a déclaré Merín. « En tant qu'astronomes, nous n'avons pas le temps de parcourir toutes les images d'astéroïdes. Nous avons donc eu l’idée de collaborer avec plus de 10 000 bénévoles de la science citoyenne pour parcourir les immenses archives de Hubble.
Science citoyenne et recherche future
En 2019, un groupe international d’astronomes a lancé Hubble Asteroid Hunter, un projet de science citoyenne visant à identifier les astéroïdes dans les données d’archives de Hubble. L'initiative a été développée par des chercheurs et des ingénieurs du Centre européen des sciences et technologies (ESTEC) et du centre de données scientifiques du Centre européen d'astronomie spatiale (ESDC), en collaboration avec la plateforme Zooniverse, la plateforme de science citoyenne la plus grande et la plus populaire au monde, et Google.
Au total, 11 482 volontaires de la science citoyenne, qui ont fourni près de 2 millions d'identifications, ont ensuite reçu une formation sur un algorithme automatisé permettant d'identifier les astéroïdes sur la base de intelligence artificielle. Cette approche pionnière peut être appliquée efficacement à d’autres ensembles de données.
Le projet explorera ensuite les stries d'astéroïdes jusqu'alors inconnus pour caractériser leurs orbites et étudier leurs propriétés, telles que les périodes de rotation. Étant donné que la plupart de ces traînées d’astéroïdes ont été capturées par Hubble il y a de nombreuses années, il n’est pas possible de les suivre aujourd’hui pour déterminer leurs orbites.
Les résultats sont publiés dans la revue Astronomie et Astrophysique.
Pour savoir comment participer à des projets de science citoyenne liés à la NASA, visitez https://science.nasa.gov/citizen-science/. La participation est ouverte à tous dans le monde, sans se limiter aux citoyens ou résidents américains.
Le télescope spatial Hubble fonctionne depuis plus de trois décennies et continue de faire des découvertes révolutionnaires qui façonnent notre compréhension fondamentale de l'univers. Hubble est un projet de coopération internationale entre la NASA et l'ESA (Agence spatiale européenne). Le Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, dans le Maryland, gère les opérations du télescope et de la mission. Lockheed Martin Space, basé à Denver, Colorado, soutient également les opérations de mission à Goddard. Le Space Telescope Science Institute (STScI) de Baltimore, dans le Maryland, géré par l'Association des universités pour la recherche en astronomie, mène les opérations scientifiques de Hubble pour la NASA.