La planète naine Quaoar, qui se trouve au-delà de Neptune dans notre système solaire, semble avoir un anneau de débris autour d’elle qui est beaucoup plus éloigné qu’on ne le pensait possible.
“Nous avons observé un anneau qui ne devrait pas être là”, explique Bruno Morgado de l’Université fédérale de Rio de Janeiro au Brésil.
Jusqu’à présent, chaque anneau ou lune en orbite observé par les astronomes obéissait à une limite proposée par l’astronome Édouard Roche en 1848 et liée à sa distance par rapport à un corps parent. Si un objet est en dessous de la limite de Roche, la gravité de son corps parent déchire l’objet en orbite en une collection de morceaux plus petits qui finissent par former un anneau, comme ceux observés autour de Saturne. En dehors de cette limite, la poussière et les débris devraient fusionner pour former des objets plus gros, tels que des lunes.
Quaoar, qui mesure 1110 kilomètres de diamètre et est légèrement moins dense que notre lune, ne devrait avoir que des lunes au-delà d’une distance de 2,4 fois son rayon de 555 kilomètres, mais Morgado et ses collègues ont mesuré l’anneau à 7,2 fois le rayon de Quaoar. « C’est très, très loin de cette limite », dit Morgado.
Pour repérer l’anneau capricieux de Quaoar, l’équipe a observé la planète naine sur fond de diverses étoiles entre 2018 et 2021, en utilisant des télescopes terrestres ainsi que le télescope spatial de chasse aux exoplanètes CHEOPS de l’Agence spatiale européenne. Les chercheurs ont utilisé les changements de luminosité des étoiles pour calculer les caractéristiques de l’anneau.
Ils ont découvert que l’anneau semble être principalement composé de glace d’eau, un peu comme l’anneau F de Saturne. Une propriété inhabituelle de l’anneau est sa forme irrégulière – certaines sections mesurent 5 kilomètres de large, tandis que d’autres s’étendent sur plus de 100 kilomètres. Debout à la surface de Quaoar, vous devriez pouvoir voir certaines des sections les plus larges de l’anneau, explique Morgado.
On ne sait pas pourquoi Quaoar a un anneau si loin en dehors de sa limite de Roche, mais les chercheurs pensent que les basses températures – la planète naine est à -220°C glacial – pourraient jouer un rôle dans la prévention de la fusion du contenu de l’anneau.
Il est également possible que des interactions entre les particules de l’anneau ou avec la lune de Quaoar, Weywot, puissent soutenir l’anneau. D’autres observations de Quaoar et plus de simulations de la dynamique du système seront nécessaires avant qu’une réponse définitive puisse être trouvée, dit Morgado.
Quelle que soit la réponse, nous devrons peut-être modifier la limite de Roche, ce qui pourrait avoir des implications pour d’autres calculs en astrophysique.
“Ce concept a été utilisé pour analyser, par exemple, la formation de notre lune et la formation d’autres satellites dans le système solaire”, explique Morgado. “Donc, si nous avons vu quelque chose qui défie cette limite, nous devons repenser et mieux comprendre pourquoi cet anneau est là où il est.”
Carl Murray de l’Université Queen Mary de Londres espère que cela ne changera pas trop les choses, car la limite de Roche n’est qu’un guide approximatif, mais comprendre l’anneau inhabituel de Quaoar aidera à l’affiner, dit-il.
“La limite de Roche a ses utilisations, mais en réalité, il n’y a pas de rayon exact”, explique Murray. “Cela dépendra des propriétés physiques du matériau en orbite et, comme ils l’ont montré ici, il y a d’autres caractéristiques qui doivent également être prises en compte.”