Un nouvel objet avec des anneaux découvert aux confins du Système solaire

Avec un diamètre estimé à 1 110 kilomètres, (50000) QuaoarQuaoar, découvert en 2002, est le 30^e plus gros corps du Système solaire et le 14^e plus gros parmi ceux directement en orbite autour du Soleil. En particulier, Quaoar est le 7^e plus gros objet transneptunien (CharonCharon inclus), vraisemblablement assez gros pour être qualifié de planète naine. En tant qu'objet classique (non résonant) de la ceinture de Kuiper, il est nommé d'après une divinité créatrice, en l'occurrence celle de la mythologie des Tongvas, peuple amérindien du bassin de Los Angeles.

En 2006, un satellite a été découvert autour de Quaoar : Weywot, un corps de 160 kilomètres de diamètre qui orbite à 24 fois le rayon de Quaoar, donc environ 13 000 kilomètres. Dans la mythologie tongva, Weywot est le dieu du ciel, créé par Quaoar lorsqu'il chanta le chantchant de la création.

Maintenant, c'est un anneau qui a été trouvé autour de Quaoar. Outre les quatre planètes géantesplanètes géantes, trois planètes mineures étaient déjà connues pour arborer des anneaux, à savoir les centaures (10199) Chariclo et (2060) Chiron et la planète naine (136108) Hauméa. Cependant, la position de l'anneau de Quaoar a surpris les astronomesastronomes qui l'ont découvert.

Un anneau étonnamment éloigné

L'anneau de Quaoar est trop petit et faible pour être vu directement sur une image. Au lieu de cela, Bruno Morgado et ses collaborateurs ont fait leur découverte en observant entre 2018 et 2021 des occultationsoccultations d'étoilesétoiles, c'est-à-dire le passage de Quaoar entre nous et des étoiles. Ces événements, qui étaient prévus, ont duré moins d'une minute, mais ont été chacun précédés et suivis de manière inattendue par deux baisses de luminositéluminosité, indiquant un système d'anneaux autour de Quaoar.

Jusqu'à présent, tous les anneaux denses connus étaient situés relativement près de leur corps parent, à l'intérieur de la limite de Roche, là où les forces de maréeforces de marée empêchent les matériaux de densité raisonnable de s'agréger en un satellite. Par exemple, les anneaux principaux autour de SaturneSaturne se trouvent à moins de trois rayons planétaires. Ce qui rend le système d'anneaux autour de Quaoar remarquable, c'est qu'il se trouve à 7,4 rayons du corps central, c'est-à-dire 4 100 kilomètres, très à l'extérieur de la limite de Roche, qui est la limite extérieure de la zone où les systèmes d'anneaux étaient censés pouvoir survivre. En effet, en prenant une masse volumiquemasse volumique de 400 kgkg/m³ typique des petits satellites saturniens internes, la limite de Roche classique de Quaoar est proche de 1 780 kilomètres seulement. Cette découverte implique que la limite de Roche ne détermine pas toujours où le matériaumatériau de l'anneau peut survivre et a donc obligé à repenser les théories de formation des anneaux.

Vue d'artiste de Quaoar et son anneau, situé très au-delà de la limite de Roche. © Observatoire de Paris

Un anneau irrégulier sculpté par des résonances ?

Contrairement à l'anneau de Chariclo, l'anneau de Quaoar est fortement irrégulier. De ce fait, il ressemble à l'anneau F de Saturne, qui contient des structures azimutales (amas) ou même des structures locales opaques interprétées comme de petites luneslunes de taille kilométrique. Cette nature grumeleuse est probablement causée par la présence de milliers de petits corps (de 1 à 0,1 kilomètre) qui entrent en collision et produisent des particules micrométriques à centimétriques qui se réaccrètent en quelques mois sur les corps parents. Un processus similaire pourrait expliquer la structure inégale de l'anneau de Quaoar. L'anneau Adams, autour de Neptune, montre également des variations similaires.

Des simulations faites par les chercheurs montrent que des collisions élastiques, basées sur des expériences de laboratoire, peuvent maintenir un anneau loin du corps central. Une caractéristique intrigante est le fait que l'anneau de Quaoar orbite près de la résonancerésonance spinspin-orbite 1:3 avec Quaoar, ce qui veut dire que l'anneau fait une fois le tour de Quaoar pendant que Quaoar fait trois tours sur lui-même. Cette propriété est partagée par les anneaux de Chariclo et de Hauméa, ce qui suggère que cette résonance joue un rôle clé dans le confinement des anneaux pour les petits corps. L'anneau de Quaoar semble par ailleurs proche de la résonance 6:1 avec Weywot, c'est-à-dire que l'anneau fait six fois le tour de Quaoar pendant que Weywot en fait un. Cette autre résonance pourrait donc également jouer un rôle dans la présence de cet anneau.