Pluton et Charon peuvent être considérés comme un système planétaire binaire. La mécanique céleste des autres lunes tournant autour de ce couple imite donc celle d’exoplanètes autour d’une étoile binaire. Or, les images fournies par Hubble conduisent à attribuer à Nix et Hydra des mouvements de rotation chaotiques changeant sans cesse la durée des jours et la position des levers de Soleil.
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Charon, la principale lune de PlutonPluton, n'a été découverte qu'en 1978. Les astronomesastronomes ont alors été contraints de revoir à la baisse la massemasse et le rayon de l'astreastre, considéré jusqu'en 2006 comme la neuvième planète du Système solaireSystème solaire. Ce couple peut être considéré comme une planète binairebinaire puisque la masse de CharonCharon vaut 1/8 de celle de Pluton et que le centre de masse de ces deux corps célestes ne se trouve pas à l'intérieur de l'un d'entre eux.

Le fait que Pluton ait fini par être déchue de son titre n'a pas empêché les astronomes et les planétologues de continuer à s'intéresser à cette sentinelle des frontières du Système solaire comme en témoigne la mission de la sonde New HorizonsNew Horizons. Pour échapper à des surprises désagréables lors de son survolsurvol de Pluton, des campagnes d'observations ont été menées qui ont abouti à la découverte à l'aide de HubbleHubble de Nix et Hydra en 2005, de KerberosKerberos en 2011 et de Styx en 2012. Le temps passant, les observations de Hubble concernant ces petits corps célestes de quelques dizaines de kilomètres de diamètre tout au plus ont mené à leurs lots de surprises. L'une des dernières en date fait l'objet d'une publication dans le journal  Nature.

Une comparaison de la taille, de la forme et des couleurs des lunes de Pluton. Rappelons que 1 mile vaut 1,6 km environ. © Nasa, ESA, M. Showalter (Seti Institute) et G. Bacon (STScI)

Une comparaison de la taille, de la forme et des couleurs des lunes de Pluton. Rappelons que 1 mile vaut 1,6 km environ. © Nasa, ESA, M. Showalter (Seti Institute) et G. Bacon (STScI)

Des variations chaotiques de luminosité

Tout est parti de curieuses constations concernant les luminosités respectives des luneslunes de Pluton découvertes au XXIe siècle. Il y avait déjà la constatation troublante que les albédosalbédos de Kerberos et des autres satellites de Pluton sont très différents. Kerberos semble aussi noir que du charboncharbon de boisbois alors que les surfaces des autres lunes semblent de couleur gris clair, faisant même penser à du sablesable blanc. Il s'agissait déjà d'une surprise car l'hypothèse était que les lunes de Pluton sont des membres d'une famille collisionnelle, similaire à celles qu'on peut trouver dans la ceinture d'astéroïdes ou la ceinture de Kuiperceinture de Kuiper. On appelle ainsi un groupe d'objets partageant des éléments orbitaux similaires et des caractéristiques physiquesphysiques communes, trouvant une origine commune probable dans un impact ayant brisé deux petites planètespetites planètes. Surtout, les bombardements de météoritesmétéorites éjectant de la matièrematière de ces lunes auraient dû aboutir à une homogénéisation de leurs surfaces.

Mais ce sont surtout les variations dans le temps des luminosités des lunes NixNix et HydraHydra qui ont rendu perplexes les astronomes. Elles changeaient de façon aléatoire et imprévisible. Un signe peut-être de la manifestation d'un phénomène bien connu affectant une lune de SaturneSaturne, HypérionHypérion : le chaos, résultant de perturbations gravitationnelles combinées de TitanTitan et de la géante gazeusegéante gazeuse.


Cette animation montre les mouvements de rotation chaotiques de Nix, une des lunes de Pluton. © Hubble, ESA, YouTube

Un laboratoire pour comprendre les exoplanètes autour d'étoiles doubles

Pour en avoir le cœur net, Mark Showalter de l'institut Seti, en Californie, et Doug Hamilton, de l'université du Maryland, ont comparé les données de Hubble à des modèles théoriques prenant en compte le fait que Nix et Hydra ne sont pas de forme sphérique mais sont plutôt des ellipsoïdes ressemblant à des ballonsballons de rugby. Les couples exercés sur ces objets allongés par le champ de gravitationgravitation complexe et changeant du couple Pluton-Charon recelaient une partie de la clé de l'énigme. Il est en effet apparu qu'ils provoquaient, en conjonctionconjonction avec ce champ, des changements chaotiques dans les vitessesvitesses et les axes de rotation des deux lunes, rendant compte des variations chaotiques des luminosités.

En bonus, il est apparu que les orbitesorbites de Nix, Styx et Hydra manifestaient un phénomène bien connu avec Io, Europe et GanymèdeGanymède, la fameuse résonancerésonance de Laplace découverte par le mathématicien français dans ses travaux sur la mécanique céleste des lunes de JupiterJupiter. Concrètement, comme l'explique Showalter : « Si vous viviez sur Nix autour de Pluton, vous verriez Hydra boucler trois orbites alors que Styx en bouclerait deux ».

L'étude des lunes de Pluton va entrer dans une phase nouvelle avec l'arrivée de New Horizons. Cette sonde pourrait nous apporter des informations précieuses pour l'exobiologie car les étoiles binaires constituent la majorité des systèmes stellairessystèmes stellaires dans la Voie lactéeVoie lactée. Kepler, notamment, nous a appris que des systèmes planétaires pouvaient exister autour des étoiles doubles. En comprenant mieux Pluton, Charon et leur cortège de lunes, nous pourrions découvrir que les mouvementsmouvements de rotation des exoplanètesexoplanètes autour des étoiles binaires sont euxbinaires sont eux aussi chaotiques. Ce qui bien sûr poserait de sérieuses contraintes sur l'apparition et le développement de la vie ailleurs.