La sonde OSIRIS-REx de la NASA avait détecté une perte de chaleur insolite à la surface de Bennu. Les analyses effectuées sur les échantillons ramenés sur Terre révèlent «l’ingrédient secret» caché dans ses roches.
Lorsque la sonde OSIRIS-REx de la NASA est arrivée sur Bennu, en 2018, les scientifiques s’attendaient à un astéroïde à la surface presque plane, comme le suggéraient les observations faites de loin. Ils ont été confrontés à un tout autre scénario: un paysage accidenté, parsemé de massifs et avec très peu de zones propices à l’échantillonnage.
«Nous nous attendions à trouver des blocs, mais nous espérions au moins d’amples régions de régolithe (poussière) fine et lisse, facile à prélever. Au contraire, il semblait n’y avoir que des blocs», raconte Andrew Ryan, scientifique au Lunar and Planetary Laboratory de l’Université de l’Arizona, qui a dirigé le groupe de la mission dédié aux propriétés physiques et thermiques des échantillons.
Un astéroïde qui défie la logique
Le véritable casse-tête, cependant, était autre chose. En 2007, le télescope spatial Spitzer de la NASA avait montré que la surface de Bennu s’échauffait et se refroidissait rapidement pendant que l’astéroïde passait de la lumière à l’ombre.
Les scientifiques appellent cette propriété d’inertie thermique faible. C’est ce qui arrive au sable d’une plage, qui brûle au soleil et se refroidit aussitôt après le coucher du soleil. Les roches lourdes et compactes se comportent comme le ciment: elles emmagasinent la chaleur et la libèrent lentement.
Comment était-il alors possible qu’un astéroïde couvert de blocs se refroidisse aussi rapidement que le sable?
Les indices cachés dans la roche
Le premier indice est arrivé des observations d’OSIRIS-REx. Les blocs de Bennu pouvaient être bien plus poreux que prévu, ce qui les aurait rendus capables de dissiper la chaleur plus rapidement que les roches solides. Avec les échantillons portés sur Terre, les chercheurs ont enfin pu vérifier l’hypothèse. Ryan et ses collègues ont analysé de minuscules fragments à l’aide de différentes techniques de laboratoire et les résultats, publiés dans Nature Communications, ont confirmé que les roches sont très poreuses. Mais la porosité, à elle seule, ne suffisait pas à expliquer un refroidissement aussi rapide.
Et voici la deuxième découverte qui a porté à une quasi-complète compréhension du phénomène: de nombreuses particules étaient en effet traversées par des réseaux denses de fissures internes. Pour comprendre quel effet avaient ces fractures, des chercheurs de l’Université de Nagoya, au Japon, ont utilisé la thermographie lock-in. Un laser réchauffe une petite zone de l’échantillon, tandis que les instruments mesurent comment la chaleur se propage dans le matériau environnant, un peu comme les ondes qui se répandent à la surface d’un étang. La donnée indiquait que ce qui faisait la différence, ce sont la taille et la structure interne des roches.
Mais les échantillons en laboratoire étaient minuscules par rapport aux massifs de Bennu et il fallait trouver un moyen de comprendre ce qui se passe à une échelle bien plus grande.
Une TDM pour fragments d’astéroïde
La solution est venue du Johnson Space Center de la NASA, à Houston. Là, les chercheurs ont préparé les échantillons pour une analyse par rayons X avec les précautions d’une salle d’opération. À l’intérieur d’une chambre à gants remplie d’azote, ils ont scellé chaque particule dans un contenant hermétique, l’ont emmenée dans le laboratoire de tomodensitométrie par rayons X et puis l’ont remise dans la chambre, sans jamais l’exposer à l’environnement terrestre.
«Le campione est placé dans sa « combinaison spatiale », soumis à une tomodensitométrie puis renvoyé dans son environnement non contaminé», explique Nicole Lunning, responsable de la curatelle des échantillons d’OSIRIS-REx au NASA Johnson et coautrice de l’étude. «Nous pouvons obtenir des images à travers ces contenants pour voir la forme et la structure interne de la roche. La tomographie nous permet d’observer l’intérieur d’un objet en trois dimensions, sans l’endommager», ajoute Scott Eckley, co-auteur et spécialiste de rayons X au Johnson Space Center.
Chaque balayage a produit aussi une copie digitale 3D permanente de la particelle, inscrite dans une base de données publique. L’équipe de Ryan a finalement transmis ces données à des simulations informatiques qui reconstruisent la propagation de la chaleur dans les roches. En étendant les calculs des particules individuelles aux masses massives de Bennu, les chercheurs sont parvenus à reproduire la faible inertie thermique mesurée par la sonde.
