Numerical N-body approach to binary asteroid formation and evolution
Résumé
Binary asteroids play a role of primary importance in determining some physical parameters difficult to measure from Earth, such as the mass. By studying the origin of binaries in the general frame of gravitational aggregates, we can use them as natural laboratories for granular system physics in microgravity conditions, thus obtaining valuable information for modeling asteroids in general. A large variety exists as for the range of parameters of the observed binary systems, and many possible origins have been suggested for them (catastrophic shattering of a parent object and re-accumulation as multiple bodies, planetary tidal perturbations, cratering, YORP ...). In this work we explore by numerical N-body simulations the dynamics of gravitational aggregates outside the limits of stability for a single body, looking for the most favorable configurations leading to binary systems formation. First we show how common the formation of binary systems in a catastrophic scenario is, well reproducing the variety in the observed population. As a second step we explore the possibility of a gradual shape deformation of an aggregate towards a binary system by the action of a slow perturbing force leading to a possible fission of the body. Our results provide new insights into the formation of asteroid binaries, as shown by a comparison to observations and existing literature.
Les astéroïdes binaires ont un rôle d'importance fondamentale dans la détermination de paramètres astéroïdales difficilement mesurables de la Terre, en particulier la masse. En étudiant l'origine des binaires dans le cadre des agrégats gravitationnels, ils servent ainsi comme laboratoires naturels pour la physique des systèmes granulaires à basse gravité, et ils nous donnent des éléments précieux pour la modélisation globale des astéroïdes. Vue la grande diversité existante de caractéristiques des systèmes binaires observés, nombreuses hypothèses ont été postulées pour leur origine (fragmentation catastrophique d'un corps et ré-accumulation sous forme binaire, influences de marée par les planètes, cratérisation, YORP ...). Dans cette thèse nous explorons, grâce à des simulations numériques à N corps, la dynamique d'un agrégat gravitationnel en dehors du régime de stabilité pour un corps simple, en cherchant les configurations les plus favorables à la formation d'un système binaire. Dans une première partie, nous montrons que dans un scénario catastrophique la formation de systèmes binaires est normale, ces-ci bien reproduisant la variété présente dans la population observée. En suite, nous explorons la possibilité d'une déformation progressive d'un agrégat vers un système binaire sous l'action d'une force perturbante agissant lentement jusqu'à la fission éventuelle du corps. Nos résultats proposent des nouveaux regards dans l'étude de la formation des astéroïdes binaires, comme montré par une comparaison avec les observations et la littérature existante.