Exploiter l'astrométrie Gaia sur les petits corps du système solaire // Exploiting the full accuracy of Gaia astrometry on small bodies of the Solar System

La disponibilité de l'astrométrie Gaia et de l'astrométrie dérivée des occultations constitue une opportunité unique d'atteindre de nouveaux objectifs dans l'étude de la dynamique des astéroïdes, strictement liée aux propriétés physiques fondamentales telles que la densité et la taille. Nous mentionnons ici trois aspects principaux que nous proposons d'étudier dans le cadre de ce doctorat.
- L'accélération de Yarkovsky, due à l'émission de photons thermiques. L'effet Yarkovsky est responsable de la lente diffusion des orbites des membres des familles d'astéroïdes issus de collisions. Sa mesure directe, souvent à la limite du bruit, est la meilleure approche pour calibrer l'« horloge » utilisée pour reconstruire la chronologie des événements collisionnels dans la ceinture d'astéroïdes. Nos connaissances sont très limitées à cet égard. L'astrométrie Gaia s'est révélée extrêmement utile pour mesurer cet effet, atteignant une sensibilité qui n'était accessible qu'à un nombre très limité de géocroiseurs (NEA) par la technique très contraignante de la télémétrie radar. Gaia pourrait étendre la détectabilité de Yarkovsky à la population de Mars Crossers et même à la ceinture d'astéroïdes intérieure. Le/a doctorant/e étudiera l'effet Yarkovsky sur les orbites des astéroïdes géants, en exploitant conjointement l'astrométrie Gaia et l'historique des observations au sol, qui doivent être prises en compte dans le cas d'effets séculaires.
- La signature dynamique de l'activité cométaire. Les effets de jet dus à l'émission anisotrope de gaz et de poussières à la surface des objets actifs peuvent modifier leur orbite avec une tendance irrégulière ou périodique, limitée aux périodes pendant lesquelles ils reçoivent un rayonnement solaire plus intense. La présence d'une telle émission, révélée par imagerie sous la forme d'une coma ténue, sur des objets appartenant à la ceinture principale d'astéroïdes, est connue depuis longtemps. Récemment, il a été démontré que de subtiles modifications des orbites des astéroïdes pouvaient être dues à une activité cométaire. Ces « comètes sombres » ne présentent aucun autre signe visible d'émission cométaire. Leur étude n'en est qu'à ses débuts et bénéficiera fortement d'une recherche précise dans l'astrométrie Gaia d'effets perturbateurs similaires, réalisée dans le cadre de ce projet PdD. Il s'agira d'un travail exploratoire visant à faire la lumière sur la nature des comètes sombres.
- D'un point de vue plus théorique, l'étude des orbites cométaires peut être liée à celle des systèmes dynamiques chaotiques. L'activité cométaire est généralement modulée par la distance héliocentrique et, parfois, les comètes ne sont même pas observables lorsque l'activité est faible. Une stratégie « multi-arc contraint » a alors été établie sur l'idée que chaque arc observé devrait coïncider à une connexion pendant l'intervalle non observé. Le/a doctorant/e explorera ces techniques à la place de la méthode standard des moindres carrés afin d'exploiter leurs avantages significatifs dans le cas de systèmes chaotiques, tels que les orbites cométaires fortement perturbées.
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The availability of Gaia astrometry and occultation-derived astrometry constitute a unique opportunity to reach new goal in the study of asteroid dynamics, strictly linked to fundamental physical properties such as density and size. We mention here three main aspects that are proposed for investigation in the frame of this PhD.
- The Yarkovsky acceleration, due to the emission of thermal photons. The Yarkovsky effect is responsible of slowly diffusing the orbits of the members of asteroid families issued by collisions. Its direct measurement, often at the limit of the noise, is the best approach to calibrate the “clock” used to reconstruct the chronology of collisional events in the asteroid belt. Our knowledge is very limited in that respect. Gaia astrometry has proved to be extremely useful to measure this effect, reaching a sensitivity that was accessible only to a very limited number NEAs by the very constrained radar ranging technique. Gaia could further expand the detectability of Yarkovsky to the population of Mars Crossers and even the inner asteroid belt. The PhD student will investigate the Yarkovsky effect in NEA orbits, by jointly exploiting Gaia astrometry and the past record of ground-based observations, which must be considered in the case of secular effects.
- The dynamical signature of cometary activity. Jet effects due to the anisotropic emission of gas and dust from the surface of active objects, can modify their orbit with a trend that is irregular or periodical, limited to periods during which they receive a more intense solar radiation. The presence of such emission, revealed as a tenuous coma by imaging, on objects belonging to the Main Asteroid Belt, has been known for a long time. In recent times, it was shown that subtle modifications of asteroid orbits could be due to some cometary activity. These so-called “dark comets” do not exhibit any other visible sign of cometary emission. Their study is just at the beginning and will strongly benefit from an accurate search in Gaia astrometry of similar perturbing effects, performed in the frame of this PdD project. This will be an exploratory work aiming to shed light on the nature of dark comets.
- On a more theoretical ground, the study of cometary orbits can be linked to that of chaotic dynamical systems. Cometary activity is usually modulated by the heliocentric distance and, sometimes, comets are not even observable when the activity is low. A “constrained multi-arc” strategy has then been established on the idea that each observed arc should coincide at a connection during the non-observed interval. The PhD student will explore these techniques in place of the standard least squares method to exploit their significant advantages in the case of chaotic systems, such as the highly perturbed cometary orbits.
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Début de la thèse : 01/10/2025

Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)

Concours pour un contrat doctoral

Université Côte d'Azur

364 SFA - Sciences Fondamentales et Appliquées

Connaissance fondamentale de l'astro-dynamique. Capacité à communiquer en anglais. Familiarité avec un langage de programmation tel que python, C ou Fortran. Des compétences en matière d'analyse de données sont les bienvenues.
Fundamental knowledge of astro dynamics. Capacity to communicate in English. Familiarity with a programming language such as python, C, or Fortran. Data analysis skills are welcome.