Caractérisation multitechniques des astéroïdes binaires

par Myriam Pajuelo

Thèse de doctorat en Astronomie et Astrophysique

Sous la direction de Mirel Birlan et de Benoît Carry.

Soutenue le 26-09-2017

à Paris Sciences et Lettres , dans le cadre de École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Meudon, Hauts-de-Seine) , en partenariat avec IMCCE - Institut de Mécanique Céleste et de Calcul des Ephémérides (laboratoire) , Observatoire de Paris (établissement opérateur d'inscription) et de Institut de Mécanique Céleste et de Calcul des Ephémérides / IMCCE (laboratoire) .

Le président du jury était Bruno Sicardy.

Le jury était composé de Mirel Birlan, Benoît Carry, Jessica Agarwal, René Duffard, Philippe Rousselot, Dan Alin Nedelcu.

Les rapporteurs étaient Jessica Agarwal, René Duffard.


  • Résumé

    Les astéroïdes binaires représentent un laboratoire naturel pour recueillir des informations cruciales sur les petits corps du Système Solaire, fournissant un aperçu des mécanismes de formation et d’évolution de ces objets. Leur caractérisation physique nous aide à comprendre les processus qui ont pris part à la formation et l’évolution des planétésimaux dans le Système Solaire. Les caractéristiques qui sont évaluées dans ce travail sont : la masse, la taille, la forme, la rotation, la densité, la composition et la taxonomie. L’une des plus importantes caractéristiques que l’on puisse obtenir avec les objets binaires -si le système peut être angulairement résolu- est leur masse grâce à l’interaction gravitationnelle mutuelle. Avec la masse et la taille du corps, nous pouvons déterminer sa densité, qui peut nous donner un aperçu de sa structure interne.A cet effet, l’exploration de données a été faite à partir d’images à haute résolution angulaire du télescope spatial Hubble et les télescopes au sol avec optique adaptative (VLT/NACO, VLT/SPHERE, Gemini/NIRI, Keck/NIRC2) dans le visible et proche infrarouge. Ayant réduit les images et mesuré les positions des satellites à de nombreuses époques, l’algorithme génétique Genoid est utilisé pour déterminer l’orbite de compagnons et la masse du corps central. Ceci est utile pour améliorer les éphémérides des satellites des binaires, qui à leur tour seront utiles pour prédire des occultations stellaires pour les futures campagnes d’occultation ; la technique d’occultation étant la plus fructueuse pour l’observation des objets de faible diamètre du Système Solaire. En ce qui concerne la taille et la détermination de la forme, l’algorithme KOALA d’inversion multidonnées est utilisé. En ce qui concerne la photométrie, courbes de lumière et couleurs SDSS ont été obtenues depuis le télescope de 1m au Pic du Midi et de 1.20 m de l’observatoire de Haute Provence dans le but de déterminer et affiner leurs propriétés. J’ai également acquis à distance des spectres d’astéroïdes binaires en utilisant le spectrographe Spex sur le télescope IRTF de 3m au Mauna Kea (Hawaii), afin de déterminer leur classe taxonomique pour la première fois. De plus, j’ai fait le modélisation de spectres de binaires sans taxonomie dans la base de données du SMASS collaboration. Ce plus grand échantillon, que j’ai comparé avec la population du NEAs et de Mars Crossers, en trouvant une prédominance dans le taxonomie Q/S. Cela est consistant avec la formation de binaires petits par effet YORP et perturbation rotationnelle. Finalement, j’ai développé une classification taxonomique générale, basée sur la photométrie large bande dans l’infrarouge, et je l’ai appliquée aux données de 30,000 astéroïdes provenant du survey VHS conduit par le télescope VISTA de l’ESO.

  • Titre traduit

    Multitechnique Characterization of Binary Asteroids


  • Résumé

    Binary asteroids represent a natural laboratory to gather crucial information on small bodiesof the Solar System, providing an overview of the formation and evolution mechanisms of these objects. Their physical characterization can constrain the processes that took part in the formation and evolution of planetessimals in the Solar System. The characteristics assessed in this work are: mass, size, shape, spin, density, surface composition, and taxonomy.One of the most important characteristics that can be obtained of binaries -if the system can be resolved- is their mass through their mutual gravitational interaction. From the mass and the size of the asteroid we determine its density, which provides insight on its internal structure.For this purpose, data mining has been done for high-angular resolution images from HST and ground-based telescopes equipped with adaptive optics (VLT/NACO, VLT/SPHERE, Gemini/NIRI, Keck/NIRC2) in the visible and near infrared. Having reduced the images and determined the satellite positions for over many epochs, the genetic algorithm Genoid algorithm is used to determine the orbit of the companion, and mass of the primary. This improves the ephemerides of binary companions, which in turn allows to stellar occultations by asteroids for future occultation campaigns.The occultation technique is the most fruitfulfor observing small diameter Solar System objects. As for the size and shape determination, KOALA multidata inversion algorithm is used.Concerning photometry, light curves and SDSS colors have been obtained for binary asteroids from T1M at Pic du Midi & 1.20m telescope at Haute Provence Observatory, aiming at determining and refining their properties. I remotely acquired spectra of binary asteroids using Spex/IRTF system based on 3m at Mauna Kea (Hawaii), to determine their taxonomic class for the first time. Additionally, I collected spectra of small binaries from the SMASS collaborationdatabase, modelled it, and found their taxonomy. I compare the now larger sample of classified binaries to the population of NEAs and Mars Crossers, and found a predominance of Q/S types. This is in agreement with a formation by YORP spin-up and rotational disruption.Finally, I developed a taxonomic classification for asteroids in general, based on infrared large band photometry, and applied it to 30,000 asteroids from VHS survey at the ESO’s telescope VISTA.


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