Les objets de la Kuiper Belt

Une mission spatiale surplombe de loin notre système solaire (rendu artistique). picture site 'Amateur Astronomy'

Les astronomes, depuis 1992, se sont tournés vers une vaste zone de restes de la formation du système solaire, la "Kuiper Belt" ("ceinture de Kuiper") qui avait été théorisée précédemment. La ceinture de Kuiper est un vaste réservoir de matériau gelé qui reste de la formation du système solaire, il y a 4,5 milliards d'années; elle abrite plusieurs planètes naines. On pense que ce qu'on appelle la "région classique" de la ceinture de Kuiper contient le matériau le plus ancien du système solaire. On pense, de plus, maintenant, que c'est de là que viennent les comètes à courte période. Une autre zone de restes de la formation du système solaire se trouve encore plus loin. C'est le nuage de Oort, qui contient des milliards de comètes; il est de forme sphérique et est, lui, la source des comètes à longue période. La Kuiper Belt s'étend d'au-delà de l'orbite de Neptune -vers 4,5 milliards de km (2,8 milliards de miles)- à 46 milliards de km (28,6 milliards de miles; 500 UA). Le nuage de Oort s'étend de là où finit la Kuiper Belt à 1 voire 2 années-lumière. La Kuiper Belt abrite des objets variés et nombreux: comètes et astéroïdes, lesquels, de plus, par leurs collisions engendrent de gros fragments et de la poussière. 70 000 d'entre eux ont des diamètres de quelque 100km (quelque 62 miles); plus de 1000 ont été catalogués. Les objets de petite taille -inférieure à 1,6km- sont plus rares qu'on pensait dans la ceinture de Kuiper ce qui permet de penser que la ceinture, soit dans sa formation, dans son évolution voire les deux, est d'une certaine façon différente de la ceinture des astéroïdes d'entre Mars et Jupiter (par ailleurs, on peut penser que le manque de ces objets permet moins de collisions). Ces objets sont appelés des "Kuiper Belt Objects" (KBO) ou des EKO (Edgeworth-Kuiper Belt Objects, de l'autre nom de la ceinture de Kuiper). Des comètes aussi grandes que la moitié de la masse de Cérès sont rares dans la ceinture des astéroïdes mais communes dans la Kuiper Belt. Une petite fraction des KBO dépassent les 1000 km (620 miles). Cette dernière classe d'objets a soulevé la question, maintenant fameuse, d'où se trouve la frontière entre eux et Pluton, la dernière planète du système solaire. Une autre façon, sans doute plus pertinente, de poser la question consiste à faire appel à cet autre champ d'études récent, celui des exoplanètes. Les systèmes solaires que l'on trouve autour des autres étoiles sont très variés: "hot Jupiter" qui orbitent très près de l'étoile, planètes rocheuses habituelles, mondes éloignés aux orbites très elliptiques, et/ou restes du disque protoplanétaire originel. Il est probable que notre système solaire ordonné, avec ses 9 planètes, la Kuiper Belt et le nuage de Oort, n'est qu'une forme de système solaire parmi d'autres. Il se peut aussi que ce soit, dans notre système solaire, la distance par rapport au Soleil qui soit le critère permettant de faire la différence entre une planète et un autre objet, quelle que soit la taille de ceux-ci et qu'ils appartiennent à la Kuiper Belt ou au nuage de Oort. Pluton, ainsi, du fait de sa relative proximité serait bien une planète. Régulièrement, la découverte de nouveaux KBO de grande taille est annoncée comme la découverte de la 10ème planète du système solaire... Des études récentes montrent que sur le cours de milliards d'années, la Kuiper Belt a vu ses objets entrer en de nombreuses collisions et, qu'en plus de contenir des corps moyens, elle a ainsi fini par produire d'innombrables corps de petite taille, de l'ordre du kilomètre -donc des corps cométaires. D'autres sources font état de ce que les dimensions seraient plutôt de l'ordre de 40-100 km (25-62 miles) et les orbites, en terme d'inclinaison, s'étageraient de chaque côté de l'écliptique. Certains objets de la Kuiper Belt sont des objets doubles, rappelant en quelque sorte, en miniature, le système Pluton-Charon. Ce qu'on a découvert à Pluton et Charon en 2015 (mission New Horizons) a mené à ce qu'on mette en doute un modèle ancien selon lequel tous les objets de la Kuiper Belt se seraient formés par accumulation d'objets beaucoup plus petits (moins de 1,6km -1 mile). L'absence de petits cratères sur Pluton et Charon va dans le sens d'autres modèles selon lesquels les objets de quelques dizaines de kilomètres (miles) se seraient formées d'un coup à leur taille actuelle (ou quasiment). La planète Neptune peut déloger certains KBO -certains ont, par ailleurs, une orbite perpendiculaire à l'écliptique- puis les ramener à elle; la "Planète Neuf", dont l'hypothèse a été émise au début 2016, elle, produit au contraire des objets de type Sedna: elle les attire lentement sur une orbite moins connectée à Neptune

représentation des distances dans les lointains du système solaire (distances en km) (image non-cliquable)

Les objets du nuage d'Oort se sont formés dans notre système solaire puis ils furent rejetés au-delà des planètes par l'immense gravité de Jupiter. Après, en 2004, la découverte de Sedna (avec un périhélie de 70 UA), le corps 2012 VP113 a été découvert en 2014 et pourrait laisser penser qu'il existe un nuage de Oort interne, hypothétique, qui comprendrait 900 objets de la taille et de l'orbite de Sedna ainsi que des centaines de milliers d'objets plus petits; certains des plus gros corps pourraient atteindre la taille de Mars voire de la Terre. On pourrait alors envisager une stratification du système solaire ainsi: la zone des planètes rocheuses et des objets de la ceinture des astéroïdes (entre 0,39 et 4,2 UA), la zone des géantes gazeuses (5-30 UA), la Kuiper Belt (30-50 UA) et, enfin, le nuage de Oort intérieur (vers 80 UA), le nuage de Oort extérieur, lui, restant le domaine d'origine de certaines comètes. De nombreux modèles théoriques peuvent reproduire beaucoup des structures qu'on observe dans le système solaire; une différence importante entre ces modèles est à propos de ce qu'ils pensent être la composition du nuage de Oort: les modèles prédisent des proportions significativement différentes d'objets de glace et d'objets rocheux. Les astronomes, de plus, se demandent si le nuage de Oort interne ne pourrait pas subir l'influence de la potentielle présence d'une planète encore inconnue, qui atteindrait 10 fois la taille de la Terre. Les astronomes, depuis la fin du XIXème siècle, ont pensé qu'une planète massive existait au-delà des géantes gazeuses. Au tournant du XXème siècle on nomma cette planète hypothétique "planète X" puis, dans les années 1980 on théorisa qu'une étoile naine (dite "Némésis") pourrait accompagner le Soleil. Mais, depuis lors, aucune des études détaillées du ciel n'ont fait la preuve d'un tel objet (ainsi, les études menées par l'Infrared Astronomical Satellite (IRAS) dans l'infrarouge ou la Two Micron All-Sky Survey (2MASS) de la NASA). En 1999, des anomalies inexpliquées d'orbites cométaires ont mené à l'idée d'une nouvelle géante gazeuse dite "Tyche". La mission la plus récente d'étude approfondie du ciel, WISE, n'a trouvé aucun corps jusqu'à une distance de 26000 UA. Des anomalies constatées pour les orbites de KBO ont, début 2016, redonné vie à ces idées: théoriquement, on peut admettre l'existence d'une "Planet Nine" (en anglais; "Planète Neuf"), sans doute une géante gazeuse orbitant en 10 à 20000 ans à 2 milliards de km (miles) au-delà de l'orbite de Neptune; mais, là encore, une observation de cette planète manque. Sedna et les autres objets extrêmes de ces régions du système solaire au-delà de Pluton posent question: on pense qu'ils se sont formés plus près du Soleil avec les planètes, astéroïdes et autres objets qui se sont formés à partir du disque primordial de gaz et de poussière. Mais, par la suite, une raison inconnue a fait que quelques-uns de ces objets ont été repoussés sur ces orbites extrêmes. Par ailleurs, la gravité combinée de ces objets pourrait fournir une explication alternative à la question de la Planète 9 et de son influence sur les parties lointaines du système solaire

La Kuiper Belt pourrait bien être une version plus âgée et plus "légère" des disques de débris que l'on peut observer autour d'étoiles telles Véga ou Fomalhaut. Les objets d'une Kuiper Belt, occasionnellement, se heurtent l'un l'autre et ces collisions permanentes produisent un nombre immense de particules de glace. Neptune, dans le système solaire, par des effets gravitationnels que l'on appelle des résonances, confine les particules les plus proches de son orbite dans des orbites préférentielles, ce qui crée une zone dégagée de ces particules autour de son orbite. Cela fait aussi qu'existent deux zones plus peuplées, l'une en avant, l'autre en arrière de l'orbite neptunienne. Dans le passé, la Kuiper Belt contenait beaucoup plus d'objets. D'où des collisions plus fréquentes et une production plus importante de particules de glace. Lorsque le système solaire n'avait que 15 millions d'années, ainsi, la Kuiper Belt formait un anneau très brillant aux confins de celui-ci. 85 millions d'années plus tard, les particules avaient déjà migré dans le système solaire même. Puis, à partir du moment où le système solaire a atteint un âge de 700 millions d'années, la Kuiper Belt a commencé de prendre son aspect actuel. Depuis, elle a continué de s'affaiblir et Neptune a joué son rôle. Les ceintures d'astéroïdes, d'une façon générale, ne devraient pas être inhabituelles autour des étoiles autres que le Soleil aussi bien dans leur forme extérieure et froide qu'intérieure et plus chaude, ce qui correspond, y compris dans leurs proportions, à la ceinture de Kuiper et à la ceinture des astéroïdes dans notre système solaire. Le vide entre les deux contient habituellement les orbites de planètes extérieures. La structure à deux ceintures, de plus, est vraisemblablement définie et perpétuée par les planètes qui orbitent entre elles. Dans notre système solaire, par exemple, la ceinture des astéroïdes est structurée par les planètes telluriques et les géantes gazeuses et la ceinture de Kuiper l'est par ces dernières seulement. Pour ce qui est des ceintures autour d'autres étoiles, la poussière, qui provient des comètes et des collisions entre corps rocheux y existe en quantités importantes si l'étoile est jeune ou si elle s'est formée d'un nuage interstellaire massif

une vue comparée des ceintures d'astéroïdes extérieures et intérieures de l'étoile Véga et de notre Soleil. site 'Amateur Astronomy'

La luminosité de certains de ces objets les met à la portée des astronomes amateurs. 2003 UB313 se trouve actuellement dans la constellation de la Baleine. Sedna est un très faible objet, à la magnitude 20,5 et il est à la limite des instruments amateurs les plus puissants. Qaoar est à la magnitude 18,6 et 2004 DW à la magnitude 18,5

. vers un tableau des principaux objets connus de la Kuiper Belt