Patroclus et son compagnon Ménœtius:
des troyens faits de glace d'eau ?


Une équipe franco-américaine composée de chercheurs de l'Institut de mécanique céleste (Observatoire de Paris, UMR CNRS), de l'Université de Berkeley (Californie, USA) et de l'Observatoire Keck à Hawaï (USA) vient d'annoncer, dans la revue Nature du 2 février 2006, la détermination d'une densité très faible pour le système binaire d'astéroïdes 617 Patroclus-Ménoetius. Ce couple d'astéroïdes en interaction gravitationnelle a permis, pour la première fois, de déterminer avec précision la masse et la densité d'un astéroïde troyen de Jupiter. Cette faible densité, environ 0,8 g/cm3, n'a que très rarement été mesurée pour des objets situés à cette distance du Soleil (5,2 unités astronomiques soit environ 780 millions de kilomètres). Cela tend à montrer que ces deux compagnons ont une composition proche de celle des comètes et qu'ils proviennent de régions plus lointaines dans le système solaire.

Troyens de Jupiter   Images de Patroclus prise avec le télescope Keck
Vue du système des troyens de Jupiter dans le plan de l'écliptique. Patroclus fait partie du groupe des "grecs" associé au point d'équilibre de Lagrange L5 (Crédits: IMCCE - Observatoire de Paris)
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Images du couple 617 Patroclus et S/2001(617)1 Ménœtius prise au télescope de l'Observatoire Keck à Hawaï équipé du système LGS. Le plus gros des deux corps Patroclus (et le plus brillant des deux) se trouve en haut à droite sur les images (Crédit: UC-Berkeley, W.M. Keck Observatory)
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L'astéroïde 617 Patroclus et son compagnon, découvert en 2001 [1], S/2001 (617) 1 Ménœtius, dont le nom vient d'être approuvé par l'Union Astronomique Internationale en référence au père du célèbre héros de la guerre de Troie Patroclus, appartiennent au groupe des astéroïdes troyens de Jupiter, plus exactement ceux capturés dans la zone du point de Lagrange stable L5. Ces deux corps célestes forment un véritable couple orbitant l'un autour de l'autre en 4,28 jours ce qui permet de déterminer leur masse. Ces objets situés à quelques 630 millions de kilomètres de la Terre sont peu brillants et leur observation nécessite de corriger les images des turbulences de l'atmosphère terrestre en utilisant un système combiné d'optique adaptative et de tir laser sur les couches supérieures de l'atmosphère. Le télescope Keck II installé à Mauna Kea est équipé des meilleurs systèmes d'optique adaptative et tout particulièrement du système d'asservissement Laser Guide Star (LGS). L'observation répétée sur plusieurs mois du compagnon au Keck a permis à une équipe internationale de chercheurs de l'IMCCE à l'Observatoire de Paris, de l'Université de Berkeley (États-Unis) et de l'Observatoire Keck  (États-Unis) d'en déterminer l'orbite et par conséquent la masse et la densité.

Dans un article paru le 2 Février dans la revue Nature, cette équipe de chercheurs  révèle que ces deux astéroïdes ont une densité  étonnamment faible laissant à penser qu'ils sont, ainsi que les comètes, constitués principalement de glace [2]. En effet cette découverte montre que ces corps partagent avec les comètes (inactives) non seulement des propriétés de surface mais aussi des propriétés macroscopiques.

 
Orbite de Patroclus Simulation de l'orbite de Patroclus
Orbite relative du couple Patroclus-Ménœtius.
A gauche, aux époques d'observations ; A droite, sur une période orbitale
(Crédits: IMCCE - Observatoire de Paris)
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La densité du couple ainsi révélée, d'une valeur d'environ 0,8 g/cm3 donc plus léger que l'eau, tend à confirmer qu'ils seraient issus de la région froide du système solaire au-delà de Saturne. Leur présence dans la zone des troyens de Jupiter serait le fruit d'un jeu dynamique très complexe provoqué par la migration des planètes Jupiter et Saturne qui les aurait d'abord décroché de leur disque lointain, il y a de cela environ quatre milliards d'années, pour ensuite les injecter dans les régions internes du système solaire. Finalement ils auraient été capturés par Jupiter dans les zones dynamiquement stables des troyens [3]. Un système binaire n'aurait certainement pas survécu à ce long périple et à ces perturbations. Il s'en suit que ce système a très vraisemblablement été formé dans la phase finale de son voyage par effet de marée ou bien encore in-situ par collision.

Si cette découverte apporte des avancées sur l'origine de ces corps, elle permet aussi de soulever de nombreuses questions. Quel est le scénario de formation de ce couple ? Est-il un cas particulier ou bien existe-t-il d'autres binaires parmi les troyens ? Tous les astéroïdes troyens observés actuellement sont-ils originaires de ce disque primordial qui a, par la suite, donné naissance à la bande de Kuiper et partageraient ainsi les mêmes caractéristiques que leurs cousins éloignés ?

En savoir plus:
Revue de presse UC-Berkeley
Revue de presse W.M. Keck Observatory
Revue de presse IMCCE

Références
[1] Merline W.,  Close L. M., Siegler N., Potter D. (2001) IAUc #7741.
[2] Marchis F., Hestroffer D., Descamps P., Berthier J. (2006) Nature
[3] Morbidelli A., Levinson H. F., Tsiganis K., Gomes R. (2005) Nature 435, 462.

Équipe française
Daniel Hestroffer, Jérôme Berthier, Pascal Descamps, Frédéric Vachier, Institut de Mécanique Céleste et de Calcul des Éphémérides, Observatoire de Paris

Équipe américaine
Franck Marchis, Imke de Pater, Michael Wong, Department of Astronomy, University of California at Berkeley
Antonin Bouchez, Randall Campbell, Jason ChinMarcos van Dam, Scott Hartman, Erik johansson, Robert Lafon, David Le Mignant, Paul Stomski, Doug Summers, Peter Wizinovich, W.M. Keck Observatory
Contacts
USA: F. Marchis (+1 510 599 0604),
FRANCE: Daniel Hestroffer, Pascal Descamps, Jérôme Berthier