Un planétoïde au-delà de Neptune possède un anneau que les astronomes ne peuvent expliquer
Une nouvelle étude révèle qu’un planétoïde orbitant dans les confins glacés du système solaire possède un anneau de poussière et de débris semblable à celui de Saturne et qui défie les règles de la physique.
Le planétoïde en question s’appelle Quaoar et c’est la septième plus grande des planètes naines connues, dont Pluton est à la tête. Découverte en 2002 et large d’environ 1 121 kilomètres, Quaoar est l’un des objets transneptuniens, de petites planètes orbitant au-delà de Neptune, la planète la plus éloignée du système solaire.
Image d’entête : représentation artistique de Quaoar. (Instituto de Astrofísica de Andalucia)
Résidant dans la ceinture de Kuiper, l’anneau de débris rocheux et glacés en forme de beignet situé dans le système solaire externe, Quaoar est l’heureux propriétaire de sa propre lune, Weywot, d’une largeur de 160 km. Et une récente campagne d’observation a révélé qu’elle possède également un anneau de matière dans son orbite.
En soi, cela ne serait pas si spécial. La géante gazeuse Saturne est connue pour posséder toute une série d’anneaux. Jupiter, Neptune et Uranus en possèdent également. On a découvert qu’un autre objet transneptunien, Haumea, possède un anneau, et la roche spatiale Chariklo, qui orbite entre Saturne et Uranus, en a également un. Alors, qu’est-ce qui différencie exactement l’anneau de Quaoar ?
Il se trouve à une distance très inhabituelle de son corps mère. En fait, avant que les astronomes ne découvrent l’anneau de Quaoar dans les observations de plusieurs télescopes réalisées entre 2018 et 2021, ils avaient pensé qu’il était impossible qu’un anneau existe à une telle distance. Avec un rayon d’environ 3 885 km à partir du centre de Quaoar, l’anneau est trop éloigné de la planète naine pour que sa gravité ne puisse plus maintenir la matière dispersée. Au contraire, elle devrait coalescer sous l’effet de sa propre gravité et former une autre lune, tout comme Weywot. En ne l’ayant pas fait, l’anneau a franchi ce que les astronomes appellent la limite de Roche, le premier anneau connu autour d’un corps céleste à l’avoir fait.
Représentation artistique de Quaoar et de la limite de Roche : en deçà de cette limite l’anneau est constitué et au-delà il ne devrait pas exister. (Observatoire de Paris)
Selon Giovanni Bruno, astronome à l’Institut national italien d’astrophysique (INAF) et l’un des auteurs de l’étude:
Ce qui est si intriguant dans cette découverte autour de Quaoar, c’est que l’anneau de matière est beaucoup plus éloigné que la limite de Roche. À la suite de nos observations, la notion classique selon laquelle les anneaux denses ne survivent qu’à l’intérieur de la limite de Roche d’un corps planétaire doit être profondément révisée.
Comparaison des anneaux de Saturne et de Quaoar (agrandis d’un facteur X100) montrant leur limite de Roche respective. (Bruno Sicardy/ LESIA)
L’anneau a été découvert lors d’une série d’occultations, essentiellement des éclipses, lorsque Quaoar est passé entre la Terre et plusieurs étoiles plus lointaines, mais beaucoup plus brillantes. Lorsqu’une occultation se produit, la lumière de l’étoile de fond s’atténue temporairement. Cet effet n’est visible que par des télescopes très sensibles et il est fréquemment utilisé pour détecter des exoplanètes en orbite autour d’étoiles dans notre Voie lactée (méthode du transit). C’est pourquoi le chasseur d’exoplanètes CHEOPS de l’ESA faisait partie des télescopes qui ont observé ces occultations de Quaoar.
Lorsque les astronomes ont analysé les données, ils ont constaté qu’en dehors de la diminution principale de luminosité des étoiles de fond, ils pouvaient détecter deux baisses plus petites. Comme ces diminutions se produisaient respectivement avant et après l’occultation principale, les chercheurs ont pensé que Quaoar devait être entouré d’un anneau.
Plusieurs télescopes terrestres ont également observé les occultations et obtenu des résultats similaires, mais les données de CHEOPS ont été particulièrement précieuses, car elles ont prouvé que les baisses de luminosité n’étaient pas dues aux effets de l’atmosphère terrestre.
Selon Isabella Pagano, également de l’INAF et membre du conseil d’administration de CHEOPS :
Les données de CHEOPS sont étonnantes pour le rapport signal/bruit. Le rapport signal/bruit est une mesure de la force du signal détecté par rapport au bruit aléatoire du système. CHEOPS donne un grand signal par rapport au bruit parce que le télescope ne regarde pas à travers les effets déformants de la basse atmosphère de la Terre.
Les astronomes doivent maintenant soit revoir la limite de Roche, soit trouver une autre explication à l’existence de l’anneau de Quaoar.
L’étude publiée dans Nature : A dense ring of the trans-Neptunian object Quaoar outside its Roche limit et présentée sur le site du LESIA de l’Observatoire de Paris : L’aventure des occultations stellaires et la découverte des anneaux de Quaoar et sur le site de l’Université de Sheffield : A new ring system discovered in our Solar System.