La Terre a un compagnon supplémentaire, un astéroïde troyen qui restera dans les environs pendant 4 000 ans
Des astronomes viennent de confirmer l’existence du deuxième astéroïde troyen terrestre connu. Il ne s’agit pas d’un cheval de bois mythique ou d’un virus informatique, mais d’un énorme astéroïde d’un kilomètre de large qui partage une orbite avec notre planète, regroupée autour de zones particulières d’équilibre gravitationnel appelées points de Lagrange.
Les astéroïdes troyens se trouvent en avant ou en arrière de l’orbite d’une planète à environ 60°, dans les points de Lagrange L4 et L5. Il s’agit de points gravitationnels où l’influence de deux grands corps, comme le Soleil et une planète, s’annule mutuellement, de sorte qu’un corps relativement petit n’est pas attiré vers un objet particulier. Au contraire, les objets restent au même point orbital par rapport aux deux grands corps. C’est pourquoi la NASA a récemment envoyé le successeur de Hubble, le puissant télescope James Webb, sur L2, où il reste sur une orbite stable, le dos constamment tourné vers le soleil, afin d’effectuer des observations infrarouges de certains des objets les plus lointains de l’univers avec un minimum de perturbations.
Ce schéma indique les cinq points de Lagrange pour le système Terre-Soleil. (NOIRLab/ NSF/ AURA/ J. da Silva/ M. Zamani)
Diagramme indiquant la position relative du Soleil et de la Terre et les cinq points de Lagrange, avec les lignes de potentiel effectif. (NASA)
Le premier Troyen officiel a été découvert dans un point de Lagrange autour de Jupiter le 22 février 1906 par l’astronome allemand Max Wolf. Deux autres Troyens ont été découverts peu après, et les trois ont été nommés Achille, Patrocle et Hector. En 2017, plus de 6 400 Troyens avaient été repérés : 4 184 au point L4 de Jupiter et 2 326 au point L5. Afin de les suivre, l’astronome autrichien Johann Palisa, prolifique dénicheur d’astéroïdes, a mis au point une convention de dénomination selon laquelle les astéroïdes proches du point L4 étaient nommés d’après les héros grecs de l’Iliade d’Homère (Le camp achéen) et ceux proches de L5 d’après les héros troyens (le camp troyen). Cependant, 617 Patrocle (à L5) et 624 Hector (à L4) ont été nommés avant que cette convention ne prenne racine, donc chaque camp a un « espion » en son sein !
Bien que Jupiter et son essaim de Troyens constituent de loin la part du lion des astéroïdes lagrangiens du système solaire, les astronomes ont identifié des Troyens près d’autres planètes, comme Mars (4 à ce jour, 1 à L4 et 3 à L5) et Neptune (8 Troyens, 6 à L4 et 2 à L5) et même la Terre.
Le premier troyen terrestre, appelé 2010 TK7, a été découvert il y a dix ans. On estime qu’il fait moins de 400 mètres de diamètre. Le deuxième troyen récemment découvert, appelé 2020 XL5, est presque trois fois plus grand, avec un diamètre estimé à 1,2 kilomètre. Il a été découvert le 12 décembre 2020 par le télescope Pan-STARRS1 à Hawaï lors d’une étude de routine du ciel. Une analyse préliminaire suggère que l’orbite de l’astéroïde pourrait être compatible avec L4. Après un travail convaincant du chercheur Toni Santana-Ros, le directeur du télescope SOAR (Southern Astrophysical Research Telescope) de 4,1 mètres sur Cerro Pachón au Chili fut persuadé d’allouer plus de temps d’observation pour confirmer cette hypothèse.
Armés de nouvelles mesures précises de 2020 XL5 des mouvements dans le ciel, les astronomes ont ensuite pu accéder aux images d’archives prises depuis 2012 par le télescope Víctor M. Blanco situé à l’Observatoire interaméricain de Cerro Tololo (CTIO), au Chili.
Ce deuxième Troyen terrestre est probablement un astéroïde de type “C-complex”, une désignation pour les astéroïdes principalement composés de carbone. D’après son analyse orbitale, 2020 XL5 restera sur son orbite pendant au moins 4 000 ans. L’astéroïde pourrait avoir été éjecté de la ceinture principale d’astéroïdes entre Mars et Jupiter, suite à une interaction avec Jupiter.
Des recherches supplémentaires seraient nécessaires pour confirmer les origines de 2020 XL5. Ce qui est certain, c’est que les deux Troyens de la Terre ont été capturés après la formation de la planète, contrairement aux Troyens primordiaux de Jupiter qui orbitent autour des points L4 et L5 depuis l’époque de la formation de la géante gazeuse. C’est pourquoi les Troyens de Jupiter sont beaucoup plus importants et intéressants à étudier, car ils peuvent renfermer des secrets relatifs à la formation de Jupiter et du système solaire dans son ensemble. À la fin de l’année 2021, la NASA a lancé la sonde Lucy, qui est maintenant en route pour aller à la rencontre de 3548 Eurybates, 15094 Polymele, 11351 Leucus et 21900 Orus dans le camp grec L4, plus 617 Patrocle et son compagnon binaire, Menoetius, dans le camp troyen L5. Au cours de sa mission de 12 ans, Lucy est chargée de recueillir des données sur la composition et la géologie de la surface, ainsi que sur les propriétés de l’intérieur et du volume des cibles troyennes.
Selon Santana-Ros, astronome à l’Institut de Ciències del Cosmos (ICCUB) de l’Universitat de Barcelona (Espagne) et auteur principal de la nouvelle étude :
Les astéroïdes troyens primordiaux (c’est-à-dire ceux qui orbitent autour des points L4/L5 d’une planète à l’époque de sa formation) peuvent nous fournir des informations sur la formation de sa planète hôte et, à leur tour, des éléments permettant de mieux comprendre l’évolution du système solaire en ajoutant des contraintes à ses modèles d’évolution. Nous avons étudié les trojans primordiaux de Jupiter pendant plusieurs années et nous aurons bientôt l’occasion de les étudier grâce à des observations in situ réalisées par la mission spatiale Lucy de la NASA.
Malheureusement, il a été confirmé que les deux troyens terrestres connus sont des objets transitoires, ce qui signifie qu’ils ont été capturés dans le point de stabilité L4 de nombreuses années après la formation de la Terre (en fait, assez récemment ! Il y a seulement 600 ans pour 2020 XL5). Néanmoins, la découverte de 2020 XL5 en tant que Troyen de la Terre, confirme que 2010 TK7 n’est pas une exception rare et qu’il y a probablement plus de corps peuplant L4 et probablement L5 du système Terre-Soleil. Cela nous encourage à continuer à améliorer nos stratégies d’étude pour trouver, s’il existe, le premier troyen terrestre primordial.
En raison de son énorme masse, Jupiter a nettoyé sa région voisine d’objets, rassemblant 79 lunes et un essaim de Troyens. La Terre et les autres planètes rocheuses du système solaire ont un environnement plus délicat, ce qui explique qu’elles aient beaucoup moins de troyens. Malgré cela, les chercheurs estiment que la Terre possède probablement des dizaines ou des centaines, mais certainement pas des milliers, de troyens qui attendent d’être découverts. Mais cela ne sera pas facile.
C’est un calvaire pour les astronomes de pointer les points L4 et L5 du système Soleil-Terre tout en étant sur notre planète. Tout astéroïde orbitant autour de ces points ne sera visible que pendant une courte fenêtre de temps proche du crépuscule, à très faible altitude au-dessus de l’horizon.
L’étude publiée dans Nature Communications : Orbital stability analysis and photometric characterization of the second Earth Trojan asteroid 2020 XL5 et présentée sur le site de l’Université d’Alicante : Astronomers confirm the second Earth Trojan asteroid after a decade of search.