Asteroids physical properties from high angular-resolution imaging

AbstractEN

Our understanding of the origin and evolution of the Solar System and its implication towards the formation of the early planetesimal has become a primary goal in planetary sciences over the recent years. In this respect, a considerable amount of information regarding the primordial planetary processes that occurred during and immediately after the accretion of the early planetesimals is still present among the population of Small Solar System Bodies. Consequently, studying asteroids is of prime importance to understand the planetary formation processes, and, first and foremost, requires a reliable knowledge of their physical (size, shape, spin, mass, density, internal structure), and surface properties (albedo distributions and mineralogy).

Using high angular-resolution adaptive-optics-fed imaging and spectro-imaging observations, I study two main belt asteroids, targets of the NASA Dawn mission : (1) Ceres and (4) Vesta. I found dwarf planet (1) Ceres to be likely differentiated with some high latitude markings consistent with the presence of water frost on its surface. Relationships between spectral slope and topography on one hand, and albedo on the other have been found on (4) Vesta's surface. The hypothesis of a remnant magnetic field shielding (4) Vesta's surface from space weathering is favored.

Then I describe a new method to analyze the physical properties of small bodies from images of their apparent disk and their light-curves. I apply it on two asteroids, (2) Pallas and (41) Daphne, allowing determination of their density to a very precise level. I discuss the biases and systematical errors of the various methods used nowadays to study physical properties, highlighting the vantages of this new technique. Its use as a calibrator of asteroid physical properties for future surveys like ESA's probe Gaia is mentioned.

Finally, I present a dynamical analysis of the triple Kuiper Belt system (136108) Haumea, with insights on the tides effects at play ; as well as a characterization of its associated dynamical family. I conclude by the presentation of a test of the capabilities of mid-infrared spectroscopy to constrain the mineralogy of asteroids.

RésuméFR

La compréhension de la formation des systèmes planétaires, et du système solaire en particulier, est un des buts premiers en planétologie. De nombreuses informations sur les processus ayant eu lieu lors de la formation des planétésimaux sont toujours présentes au sein de la population des petits corps. Par conséquent, l'étude des astéroïdes est de la plus haute importance pour comprendre les mécanismes de formation planétaire, et requiert une connaissance solide de leurs propriétés physiques (taille, forme, densité, période de rotation et coordonnées du pôle) ainsi que de leurs propriétés de surface (distribution d'albédo et minéralogie).

Dans ce contexte, j'étudie deux principaux astéroïdes de la ceinture principale cibles de la mission Dawn de la NASA : (1) Cérès et (4) Vesta, au moyen d'observations par imagerie et spectro-imagerie à haute résolution angulaire assistées par optique adaptative. Mes résultats montrent que la planète naine (1) Cérès est différenciée et que certaines marques d'albédo présentes à sa surface pourraient être compos ées d'un mélange de glace et de silicates. Une relation entre la topographie et la pente spectrale est détectée à la surface de (4) Vesta, ainsi qu'une relation entre l'albédo et la pente spectrale. Divers modèles sont envisagés, et l'hypothèse de présence d'un champs magnétique fossile protégeant la surface de l'altération spatiale due au vent solaire est privilégiée.

Je décris également une nouvelle méthode d'analyse des propriétés physiques des petits corps utilisant les images de leur disque apparent ainsi que leurs courbes de lumière, et son application sur deux astéroïdes : (2) Pallas et (41) Daphne, permettant la détermination de leur densité de manière très précise. Une discussion sur les biais et erreurs systématiques des différentes méthodes utilisées dans la communauté est proposée, mettant en avant les avantages de cette nouvelle méthode. L'étude d'un ensemble d'astéroïdes par cette méthode est envisagée, afin de fournir une base de calibration aux grands projets futurs de cartographie du ciel telle que la mission Gaia de l'ESA.

Je présente enfin une étude dynamique du système trans-Neptunien triple (136108) Haumea et des effets de marées qui s'y produisent. Une caractérisation des membres de sa famille dynamique est ensuite réalisée et finalement, je décris une tentative d'élargissement du domaine spectral utile (vers l'infrarouge moyen) pour contraindre la minéralogie des astéroïdes par spectroscopie.