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Eris, lointaine jumelle de Pluton, dévoile son visage blanc comme neige

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Pour la première fois, des astronomes ont déterminé avec précision le diamètre de la lointaine planète naine Eris alors qu'elle passait devant une étoile de faible luminosité. Cet événement a été observé fin 2010 par des télescopes basés au Chili, parmi lesquels le télescope belge Trappist installé à l'Observatoire de La Silla de l'ESO. Les observations montrent que, pour la taille au moins, Eris est pratiquement la jumelle parfaite de Pluton. Eris se caractérise par une surface très réfléchissante, ce qui laisse supposer l'existence d'une fine couche de glace uniformément répartie à sa surface, probablement une atmosphère gelée. Les résultats ont été publiés dans l'édition du 27 octobre 2011 de la revue Nature.

Représentation d'artiste de la planète naine Eris. © ESO/L. Calçada

En novembre 2010, la lointaine planète naine baptisée Eris est passée devant une étoile de faible luminosité, un événement appelé occultation. En raison de son éloignement de la Terre et de la petitesse de la taille de la planète naine, ces phénomènes d'occultation sont très rares et difficiles à observer. La prochaine occultation d'une étoile par Eris n'arrivera pas avant 2013. La survenue d'occultations constitue le meilleur et bien souvent l'unique moyen de déterminer avec précision la forme et la taille d'un corps distant du Système solaire.

L'étude d'images prises par le télescope MPG/ESO de 2,2 mètres installé à l'Observatoire de La Silla de l'ESO a permis d'identifier l'étoile candidate à l'occultation. Les observations ont été planifiées avec soin et menées par une équipe d'astronomes issus de nombreuses universités (françaises, belges, espagnoles et brésiliennes pour la plupart), en utilisant notamment le télescope Trappist (TRAnsiting Planets and PlanetesImals Small Telescope), également basé à La Silla.

« Observer des occultations de corps minuscules situés au-delà de Neptune dans le Système solaire requiert une grande précision et une planification très soignée. C'est le meilleur moyen de déterminer la taille d'Eris, à défaut de pouvoir aller directement sur place » explique Bruno Sicardy, l'auteur principal. Des tentatives d'observation de cette occultation ont été menées depuis 26 sites autour du globe, sur la trajectoire prévue de l'ombre de la planète naine, y compris à l'aide de télescopes amateurs. Seuls deux de ces sites ont toutefois été capables d'observer l'événement directement. Ces deux sites sont basés au Chili et sont équipés du télescope Trappist pour le site de l'Observatoire de La Silla de l'ESO et de deux télescopes pour le site de San Pedro d'Atacama. Chacun des trois télescopes a enregistré une diminution soudaine de luminosité de l'étoile lointaine occultée par Eris.

Les observations combinées des deux sites chiliens montrent qu'Eris a une forme presque sphérique. Les mesures effectuées ont permis de déterminer avec précision sa forme et sa taille, aux incertitudes topographiques près (présence de montagnes élevées par exemple). De telles structures sont toutefois peu probables sur un corps glacé de si grande taille.

Eris a été identifiée en 2005 comme un objet de grande dimension du Système solaire externe. Sa découverte a constitué un des facteurs conduisant à la création d'une nouvelle classe d'objets baptisés planètes naines et à la reclassification de Pluton de planète en planète naine en 2006. En ce moment, Eris est trois fois plus éloignée du Soleil que Pluton.

Résultats de l'occultation d'une étoile par Eris en novembre 2010. © ESO/L. Calçada

Une boule glacée très brillante

Alors que de précédentes observations, basées sur d'autres méthodes, suggéraient qu'Eris était probablement 25 % plus grande que Pluton avec un diamètre avoisinant les 3.000 kilomètres, la présente étude indique que les deux objets sont de même taille. Le diamètre d'Eris nouvellement mesuré avoisinerait les 2.326 kilomètres, avec une incertitude de 12 kilomètres. De ce fait, sa taille est connue avec plus de précision que celle de son homologue, Pluton dont le diamètre est estimé entre 2.300 et 2.400 kilomètres. L'incertitude entourant le diamètre de Pluton résulte de la présence d'une atmosphère, qui rend les limites de sa surface impossibles à déterminer par la méthode directe des occultations. Le mouvement de Dysnomia, satellite d'Eris, a été utilisé pour estimer la masse d'Eris : elle est 27 % plus élevée que celle de Pluton. La valeur de sa masse, combinée à celle de son diamètre, fournit une estimation de la densité d'Eris : 2,53 grammes par cm³. « La valeur de cette densité suggère qu'Eris est probablement un vaste corps rocheux recouvert d'un fin manteau de glace » commente Emmanuel Jehin, qui a contribué à l'étude.

La surface d'Eris est apparue extrêmement réfléchissante, 96 % de la lumière qui parvient à sa surface étant réfléchie (l'albédo dans le domaine visible est de 0,96). Sa surface est plus brillante encore qu'une portion de surface terrestre recouverte de neige fraîche, ce qui fait d'Eris l'un des objets les plus réfléchissants du Système solaire avec Encélade, la lune glacée de Saturne. La surface brillante d'Eris est très vraisemblablement constituée de glace riche en azote mélangée avec du méthane gelé - comme l'indique le spectre de la planète - recouvrant sa surface d'une couche de glace mince et très réfléchissante de moins d'un millimètre d'épaisseur. « Cette couche de glace pourrait résulter de la condensation, sous forme de givre à sa surface, de l'atmosphère d'azote ou de méthane de la planète naine lorsqu'elle s'éloigne du Soleil sur son orbite très allongée et dans un environnement toujours plus froid » ajoute Emmanuel Jehin. Lorsqu'Eris se trouve au plus près du Soleil, à environ 5,7 milliards de kilomètres, la glace pourrait se retransformer en gaz. Les nouveaux résultats ont également permis à l'équipe d'effectuer une nouvelle mesure de la température de surface de la planète naine. Les estimations suggèrent que la température de surface de la face ensoleillée est au maximum de -238 °C et a une valeur encore plus basse à la surface du côté plongé dans l'obscurité.

« C'est extraordinaire tout ce que nous pouvons déduire d'un objet aussi petit et distant qu'Eris en observant son passage devant une étoile de faible luminosité, avec des télescopes relativement petits. Cinq ans après la création de la nouvelle classe des planètes naines, nous sommes enfin parvenus à connaître l'un de ses membres fondateurs » conclut Bruno Sicardy.

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