Objet transneptunien - Définition

Introduction

En astronomie, on désigne par objet transneptunien tout objet du système solaire dont l'orbite est entièrement ou pour la majeure partie au-delà de celle de la planète Neptune. La ceinture de Kuiper et le nuage d'Oort sont les noms de quelques subdivisions de ce volume de l'espace.

La planète naine Pluton est le premier objet transneptunien à avoir été découvert, mais c'est la découverte de (15760) 1992 QB₁ qui a déclenché la recherche d'autres objets transneptuniens.

Ces dernières années, de nouveaux objets transneptuniens ont été recensés. En novembre 2001 fut découvert Varuna, un astéroïde de la ceinture de Kuiper d'environ 1 000 kilomètres de diamètre. En juillet 2001 on découvrit Ixion, un plutino d'environ 1 055 km de diamètre. Un peu plus d'une année plus tard, en octobre 2002 un objet plus massif qu'Ixion a été repéré (Quaoar, 1 280 km), et en février 2004, un objet encore plus grand, Orcus, a été découvert.

La gravitation, la force d'attraction entre toute matière, attire également les planètes. En raison des légères perturbations observées sur les orbites des planètes connues au début des années 1900, on a supposé qu'il devait y avoir au-delà de Neptune une ou plusieurs autres planètes non-identifiées. La recherche de ces dernières mena à la découverte de Pluton, et par la suite à celle de quelques autres objets significatifs. Cependant, ces objets ont toujours été trop petits pour expliquer les perturbations observées, mais des estimations révisées de la masse de Neptune ont montré que le problème était factice.

Némésis, l'étoile-compagne hypothétique du Soleil, serait tombée sous la définition d'objet transneptunien, mais il semble qu'il n'existe aucune étoile de ce genre.

Type d'objets transneptuniens

Les objets sont classés en fonction de leur orbite en relation à celle de Neptune

• Les objets en résonance orbitale avec Neptune (résonances ordonnées par le demi grand axe)
  • 4:5 exemple : (79969) 1999 CP₁₃₃
  • 3:4 exemples : 1998 UU₄₃, 1999 RW₂₁₅
  • 2:3, comme Pluton, appelés plutinos
  • 3:5 2003 US₉₂
  • 4:7 2000 OP₆₇
  • 1:2 appelés en anglais twotinos exemples : 1997 SZ₁₀, 1999 RB₂₁₅
  • 2:5 2000 CQ₁₀₅
  • 1:3 2003 LG₇

On pourrait même y inclure les troyens de Neptune (résonance 1:1).

A l'exception de 2:3 et 1:2, les objets occupant les autres résonances sont peu nombreux. Ces deux résonances constituent les limites conventionnelles de la Ceinture principale, peuplée par les objets dits classiques, non résonants (cubewanos).

• Les objets non affectés par Neptune connus sont :
  • les cubewanos, les plus nombreux (plus de 680) et
  • les objets épars, résidant au-delà de la résonance 1:2.

Caractéristiques physiques

On pense généralement que les transneptuniens sont composés surtout des glaces et recouverts des matières organiques, comme les tholins, résultats des radiations. Toutefois, la confirmation récente de la densité de Haumea (2,6-3,4 g/cm³) implique une composition surtout rocheuse (à comparer avec la densité de Pluton : 2,0 g/cm³). Compte tenu de la magnitude apparente des transneptuniens (>20, sauf les plus grands), l’étude physique se limite à :

• La mesure des émissions thermiques
• Les indices de couleur (les comparaisons des magnitudes à travers des filtres différents)
• L'analyse spectrale (partie visuelle et infrarouge)

L'étude des couleurs et des spectres apporte des indices sur l’origine des transneptuniens et tente de découvrir de possibles corrélations avec d’autres classes d’objets, par exemple les centaures et certaines lunes des planètes géantes (Triton, Phœbé) suspectées de faire partie initialement de la ceinture de Kuiper.

Toutefois, l’interprétation des spectres est souvent ambiguë, plusieurs modèles correspondant au spectre observé, qui dépend notamment de la granularité (taille des particules) inconnue. De plus, les spectres sont indicatifs uniquement de la couche de surface qui est exposée aux radiations, au vent solaire et à l'action des micrométéorites. Ainsi, cette fine couche de surface pourrait être bien différente de l’ensemble de la régolithe située au-dessous, et finalement très différente de la composition de l’objet.

Couleurs

Couleurs des transneptuniens.

Comme les centaures, les transneptuniens surprennent par toute une gamme des couleurs, du bleu gris au rouge intense. Contrairement aux centaures qui se regroupent en deux classes, la distribution des couleurs des transneptuniens semble uniforme.

L'indice de couleur est la mesure des différences de magnitude apparente de l’objet vu à travers des filtres bleu (B), neutre (V; vert-jaune) et rouge (R). Le graphe représente les indices connus des transneptuniens à l’exception des plus grands. Pour la comparaison, deux lunes Triton et Phœbé, le centaure Pholus et la planète Mars sont aussi représentés (il s'agit des noms en jaune, la taille n'est pas à l’échelle !).

Des études statistiques rendues possibles récemment par le nombre grandissant d’observations, tente de trouver des corrélations entre les couleurs et les paramètres des orbites dans l’espoir de confirmer les théories de l’origine des différentes classes.

Objets classiques

Les objets classiques semblent être divisés en deux populations différentes :

• la population dite froide (l’inclinaison de l’orbite <5°) qui sont exclusivement rouges ;
• la population dite chaude (l’orbite plus inclinée) qui affiche toute la gamme des couleurs.

Objets épars

• Les objets épars montrent une ressemblance avec la population chaude des objets classiques, suggérant une origine commune.

Les grands transneptuniens

Comparaison de taille, albédo et des couleurs des grands transneptuniens. Le diagramme illustre les tailles relatives, les albédos et les couleurs des plus grands transneptuniens. Les satellites sont aussi montrés ainsi que la forme exceptionnelle de Haumea due à sa rotation rapide. L’arc autour de 2005 FY₉ (renommé aujourd'hui Makemake), représente la marge d’erreur compte tenu de son albédo inconnu.

Les plus grands objets suivent typiquement des orbites inclinées tandis que les objets plus petits sont regroupés près de l’écliptique.

À l’exception de Sedna, tous les grands objets (Éris, Makemake, Haumea, Charon et Orcus) se caractérisent par une couleur neutre (l'index infrarouge V-I < 0,2) alors que les objets plus petits (Quaoar, Ixion, 2002 AW₁₉₇ et Varuna), comme la grosse majorité du reste de la population, sont plutôt rouges (V-I 0,3-0,6). Cette différence laisse à penser que la surface des grands transneptuniens est couverte de glaces qui recouvrent les couches plus sombres et plus rouges.

Les spectres

Les transneptuniens se caractérisent par une variété de spectres qui diffèrent dans la partie visible rouge et dans l'infrarouge. Les objets neutres présentent un spectre plat, réfléchissant autant dans l’infrarouge que dans la partie visible. Les spectres des objets très rouges par contre, possèdent une pente montante, en réfléchissant bien plus en rouge et infrarouge. Une tentative récente de classification introduit quatre classes BB (bleu, comme Orcus), RR (très rouge comme Sedna) avec BR et IR comme classes intermédiaires.

Les modèles typiques de la surface incluent la glace d'eau, carbone amorphe, de silicates et de macromolécules appelées tholines, crées par l'intense radiation. Quatre tholines sont utilisées pour expliquer la couleur rougeâtre :

• tholine de Titan, produit d'un mélange de 90% diazote (N₂) et de 10% de méthane (CH₄) ;
• tholine de Triton, la même origine mais moins (0,1%) de méthane ;
• (éthane) tholine glace I, produit d'un mélange de 86% d'eau (H₂O) et 14% d'éthane (C₂H₆) ;
• (méthanol) tholine glace II, 80% d'eau, 16% de méthanol (CH₃OH) et 3% de dioxyde de carbone (CO₂).

Comme illustration des deux classes RR et BB les compositions possibles suivantes ont été suggérées :

• pour Sedna (RR très rouge) : 24% de tholine de Triton, 7% de carbone amorphe, 10% de diazote, 26% de méthanol, 33% de méthane
• pour Orcus (BB, bleu gris) : 85% de carbone amorphe, 4% de tholine de Titan, 11% de glace H₂0