Quaoar est l’une des quelque 3 000 planètes naines de la ceinture de Kuiper de notre système solaire. Les astronomes l’ont découverte en 2002. Elle n’est que la moitié de la taille de Pluton, avec environ 1 121 km (697 mi) de diamètre. Quaoar a une petite lune nommée Weywot, et la planète et sa lune sont très difficiles à observer en détail.
Les astronomes ont profité d’une occultation pour étudier la planète naine Quaoar et ont découvert qu’elle possédait quelque chose d’inattendu : un anneau à la place d’une lune.
Les occultations sont de l’or observationnel pour les astronomes. Les occultations se produisent lorsqu’un objet qu’ils souhaitent observer s’aligne directement devant une étoile lointaine. L’étoile rétroéclaire l’objet en faisant ressortir toutes sortes de détails.
Dans ce cas, un certain nombre de télescopes au sol ont observé le minuscule Quaoar occulter une étoile lointaine. Mais le télescope spatial CHEOPS de l’ESA a également observé. Ce que les télescopes ont vu a surpris les astronomes. À l’extérieur de la limite Roche de Quaoar, un anneau de débris se trouve là où une lune devrait se trouver.
Ces découvertes se trouvent dans un article intitulé “Un anneau dense de l’objet trans-neptunien Quaoar en dehors de sa limite de Roche”. L’article est publié dans la revue Nature, et l’auteur principal est Bruno Morgado. Morgado est originaire de l’Universidade Federal do Rio de Janeiro, au Brésil.
La limite de Roche est la distance d’une planète à l’intérieur de laquelle une lune sera déchirée par la gravité de la planète. À l’extérieur de la limite de Roche, la poussière et les débris devraient fusionner naturellement en une lune. Les anneaux familiers de Saturne se trouvent à l’intérieur de la limite de Roche de la géante gazeuse, et il en va de même pour tous les autres objets avec des anneaux que les astronomes peuvent voir. Mais l’anneau de Quaoar est à une distance de près de sept fois et demie le rayon de la planète.
L’anneau n’a pas été découvert en un instant. Il a fallu plusieurs observations de 2018 à 2021 pour confirmer son existence. Pendant cette période, Quaoar a occulté plusieurs étoiles lointaines, et à chaque fois, les astronomes ont observé comment il bloquait la lumière. Chaque fois que la lumière baissait, elle en révélait davantage sur la planète naine. Mais avant et après chaque occultation principale, il y avait une autre baisse. Les astronomes connaissaient déjà la petite lune Weywot de Quaoar, un objet d’environ 80 km (50 miles) de diamètre seulement ; il y avait autre chose là-bas.
La bague n’a pas été retrouvée par hasard. Les astronomes devaient savoir à l’avance exactement quand les occultations se produiraient afin d’étudier Quaoar et les autres objets trans-neptuniens (TNO). Et les occultations devaient être précises.
Bruno Sicardy est professeur d’astronomie à l’Observatoire de Paris à la Sorbonne. Il a dirigé un projet appelé Lucky Star qui a identifié les occultations à venir par Quaoar afin que plusieurs télescopes puissent les observer.
La mission Gaia de l’ESA a facilité l’identification de ces occultations. Gaia est un projet de cartographie stellaire d’une portée et d’une précision sans précédent. Cela a permis à Sicardy d’identifier encore plus d’occultations futures et d’opportunités d’observation pour le petit Quaoar.
C’est là qu’intervient le CHEOPS de l’ESA. CHEOPS signifie caractériser ExOPlanet Satellite, et c’est un télescope spatial qui étudie les étoiles brillantes à proximité qui hébergent des exoplanètes connues. Kate Isaak, scientifique du projet de l’ESA pour la mission Cheops, s’est demandé si CHEOPS pourrait jouer un rôle en observant certaines des occultations de Quaoar. Elle a contacté Isabella Pagano, membre de l’équipe Lucky Star, pour voir si CHEOPS pouvait l’aider.
“J’étais un peu sceptique quant à la possibilité de faire cela avec CHEOPS”, admet Pagano, “Mais nous avons étudié la faisabilité.”
Une précision extrême est nécessaire pour observer les occultations d’étoiles lointaines par Quaoar, et cela a créé le scepticisme de Pagano. La trajectoire de CHEOPS est sujette à d’infimes variations causées par la traînée atmosphérique. Les changements dans l’activité du Soleil peuvent affecter la densité de la haute atmosphère terrestre, ce qui peut perturber CHEOPS. L’équipe a d’abord utilisé CHEOPS pour observer une occultation par Pluton mais sans succès.
Puis ils ont réessayé avec une occultation par Quaoar, et cette fois ça a payé. “Les données CHEOPS sont incroyables pour le rapport signal sur bruit”, a déclaré Pagano. Puisque CHEOPS est un télescope spatial, il n’a pas à faire face à l’atmosphère désordonnée de la Terre et à tout le bruit qu’il introduit dans les observations. Cette clarté signifiait que les baisses de lumière des étoiles ne pouvaient pas être attribuées à l’atmosphère terrestre. Des observations secondaires avec des télescopes au sol l’ont confirmé.
L’auteur principal, Morgado, a combiné les données CHEOPS avec les observations au sol. Il a également inclus des observations amateurs de Quaoar car il a occulté différentes étoiles au fil des ans. Le résultat a été un ensemble de données robuste. “Quand nous avons tout assemblé, nous avons vu des baisses de luminosité qui n’étaient pas causées par Quaoar, mais qui indiquaient la présence de matière sur une orbite circulaire autour de lui”, a déclaré Morgado. “Au moment où nous avons vu cela, nous avons dit:” D’accord, nous voyons un anneau autour de Quaoar. “”
L’anneau n’est pas uniforme. Les auteurs le décrivent comme « grumeleux » dans leur article et semblable à l’anneau F de Saturne. Les amas sont probablement des lunes de la taille d’un kilomètre, et ils entrent en collision les uns avec les autres et produisent des brins de minuscules particules qui se réaccrétent à nouveau dans des objets plus gros dans un processus en régime permanent.
“En résumé, nos observations sont cohérentes avec un anneau de Quaoar dense et irrégulier”, écrivent les auteurs. « Le terme « dense » signifie que les collisions jouent un rôle clé dans sa dynamique. Cependant, contrairement à tous les autres anneaux denses connus, l’anneau de Quaoar orbite bien en dehors de la limite classique de Roche.
Maintenant, l’équipe avait un puzzle entre les mains. Quaoar n’est pas le seul petit objet avec des anneaux. Des observations au sol ont également trouvé des anneaux autour des planètes mineures Chariklo et Haumea. Mais ces anneaux sont à l’intérieur de la limite de Roche des planètes. Ce n’est pas le cas de Quaoar.
“Donc, ce qui est si intrigant dans cette découverte autour de Quaoar, c’est que l’anneau de matière est bien plus éloigné que la limite de Roche”, a déclaré Giovanni Bruno, de l’Observatoire d’astrophysique de l’INAF de Catane, en Italie, qui est l’un des auteurs de l’article.
L’anneau de Quaoar semble renverser une connaissance fondamentale. Des débris aussi éloignés d’une planète devraient fusionner en une lune. “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 complètement révisée”, a déclaré Giovanni.
Il est trop tôt pour comprendre pourquoi les anneaux survivent si loin de la planète naine. La température glaciale dans la ceinture de Kuiper pourrait en être la cause, car elle pourrait empêcher les grains glacés d’adhérer les uns aux autres. Seules d’autres observations peuvent le confirmer.
Quelle que soit la cause de l’anneau, cette utilisation peu orthodoxe de CHEOPS a joué un rôle central dans sa découverte.
Les astronomes n’en ont pas encore fini avec Quaoar. Ils ont l’intention d’observer plus d’occultations pour voir ce qu’ils peuvent voir et affiner leurs observations. En même temps, ils chercheront à formuler une théorie expliquant pourquoi l’anneau de la planète survit si loin de la planète.
À mesure que les méthodes et les outils d’observation s’améliorent, les astronomes trouveront probablement davantage de ces petits anneaux. Quaoar, Haumea et Charikly ne seront probablement pas les trois seuls. “L’anneau de Quaoar est le troisième exemple d’un anneau dense autour d’un petit corps trouvé dans le système solaire, ce qui suggère que d’autres attendent encore d’être découverts”, écrivent les auteurs. “Pendant ce temps, la grande distance de cet anneau à Quaoar signifie que 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 révisée.”
Plus:
