Objets en résonance avec Neptune

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De nombreux objets ont des orbites en résonance avec celle de la planète Neptune (résonance de moyen mouvement). De façon plus explicite, la période de révolution de ces corps est dans un rapport simple avec celle de Neptune : 1:1, 1:2, 2:3, 3:5, etc. En dehors des troyens de Neptune (objets en résonance 1:1), les autres objets sont tous des objets transneptuniens (OTN). Les OTN en résonance avec Neptune font partie de la population principale de la ceinture de Kuiper ou des objets épars plus lointains[1].

Sommaire

Répartition[modifier | modifier le code]

Répartition des objets transneptuniens, ceux qui sont en résonance sont en rouge.

Le schéma illustre la distribution des objets transneptuniens connus (jusqu'à 70 UA) en relation avec les orbites des planètes ainsi que des centaures pour référence. Les objets en résonance sont représentés en rouge. Les résonances avec Neptune sont indiquées par des traits verticaux; 1:1 marque la position de l'orbite de Neptune (et des troyens), 2:3 l'orbite de Pluton et des plutinos, 1:2, 2:5, etc. indique de petites familles.

Certains auteurs s'en tiennent à la désignation 2:3 alors que d'autres préfèrent 3:2. Cela pourrait porter à confusion, mais les OTN, par définition, ont des périodes supérieures à celle de Neptune. La déclaration « Pluton est en résonance 2:3 avec Neptune » ne peut donc qu'être interprétée comme « Pluton parcourt deux orbites dans le même temps que Neptune en parcourt trois ». À l'inverse, dire que « Pluton est en résonance 3:2 avec Neptune » doit alors être compris comme « la période de révolution de Pluton est 3:2 (1,5) fois celle de Neptune ».

Remarque[modifier | modifier le code]

On appelle ordre d'une résonance la différence entre les deux nombres composant le rapport irréductible de la résonance. Ainsi, les résonances 1:2 et 2:3 sont d'ordre 1, la résonance 3:5 est d'ordre 2 et la résonance 5:12 est d'ordre 7. Plus l'ordre d'une résonance est forte, moins Neptune a une influence importante sur les objets situés sur cette résonance. C'est ainsi qu'on assiste à la contradiction suivante, certains objets détachés pourraient avoir une résonance faible avec Neptune.

Origine[modifier | modifier le code]

Article principal : Modèle de Nice.

Des études analytiques et numériques détaillées des résonances avec Neptune ont montré que les marges sont assez étroites (c'est-à-dire que les objets doivent avoir précisément une certaine valeur énergétique[2])[3]. Si le demi-grand axe de ces objets est en dehors de ces fourchettes, l'orbite devient chaotique et les éléments orbitaux deviennent instables.

Plus de 10 % des OTN ont une résonance 2:3, ce qui est loin d'être aléatoire. On croit maintenant que les objets ont été recueillis sur des distances plus grandes pendant la migration de Neptune.

Bien avant la découverte des premiers OTN, il était suggéré que l'interaction entre les planètes géantes et un disque de petites particules serait, par transfert du moment, les ferait migrer vers l'intérieur tandis que Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune en particulier migreraient vers l'extérieur. Au cours de cette période relativement courte, Neptune aurait piégé des objets sur des orbites en résonance.

Population connue[modifier | modifier le code]

Les groupes de résonance sont ici listés par ordre de distance croissante au Soleil. Dans les titres, a désigne le demi-grand axe et P la période orbitale. Pour rappel : 1 ua (unité astronomique) = 149 597 870 700 m ~ 149,6 millions de kilomètres ~ 8,3 minutes-lumière.

Objets en résonance 1:1 : les troyens de Neptune (a ~ 30,1 ua ; P ~ 165 ans)[modifier | modifier le code]

Article principal : Astéroïde troyen de Neptune.

Objets en résonance 4:5 (a ~ 34,9 ua ; P ~ 206 ans)[modifier | modifier le code]

Objets en résonance 3:4 (a ~ 36,5 ua ; P ~ 220 ans)[modifier | modifier le code]

Objets en résonance 2:3 : les plutinos (a ~ 39,4 ua ; P ~ 247 ans)[modifier | modifier le code]

Article principal : Plutino.
L'orbite d'Orcus dans un référentiel en rotation avec une période égale à celle de l'orbite de Neptune qui est représenté en blanc, stationnaire à 315°.

Ce sont de loin les plus nombreux. En 2015, 132 sont dénombrés avec plus de 120 candidats[4].

Objets en résonance 3:5 (a ~ 42,3 ua ; P ~ 275 ans)[modifier | modifier le code]

Une dizaine sont actuellement connus.

Objets en résonance 7:12 (a ~ 43,0 ua ; P ~ 283 ans)[modifier | modifier le code]

Objets en résonance 4:7 (a ~ 43,7 ua ; P ~ 289 ans)[modifier | modifier le code]

Une vingtaine sont actuellement connus.

Objets en résonance 5:9 (a ~ 44,5 ua ; P ~ 297 ans)[modifier | modifier le code]

Objets en résonance 6:11 (a ~ 43,8 ua ; P ~ 302 ans)[modifier | modifier le code]

Objets en résonance 1:2 : les twotinos (a ~ 47,8 ua ; P ~ 330 ans)[modifier | modifier le code]

Article principal : Twotino.

Ils ont souvent considérés comme définissant le bord extérieur de la ceinture de Kuiper.

14 twotinos sont connus en 2014, dont :

Objets en résonance 4:9 (a ~ 51,7 ua ; P ~ 371 ans)[modifier | modifier le code]

Objets en résonance 3:7 (a ~ 53,0 ua ; P ~ 385 ans)[modifier | modifier le code]

Objets en résonance 5:12 (a ~ 54,0 ua ; P ~ 395 ans)[modifier | modifier le code]

Des confirmations sont encore nécessaires.

Objets en résonance 2:5 (a ~ 55,4 ua ; P ~ 412 ans)[modifier | modifier le code]

11 objets répertoriés, dont :

Objets en résonance 3:8 (a ~ 57,9 ua ; P ~ 440 ans)[modifier | modifier le code]

dite résonance de Kozaï[réf. nécessaire][pourquoi ?].

Objets en résonance 4:11 (a ~ 59,8 ua ; P ~ 460 ans)[modifier | modifier le code]

Objets en résonance 1:3 : les threetinos (a ~ 62,6 ua ; P ~ 495 ans)[modifier | modifier le code]

Objets en résonance 3:10 (a ~ 67,2 ua ; P ~ 549 ans)[modifier | modifier le code]

Objets en résonance 5:17 (a ~ 67,6 ua ; P ~ 560 ans)[modifier | modifier le code]

Objets en résonance 2:7 (a ~ 69,4 ua ; P ~ 580 ans)[modifier | modifier le code]

Objets en résonance 1:4 : les fourtinos (a ~ 75,8 ua ; P ~ 660 ans)[modifier | modifier le code]

Objets en résonance 5:21 (a ~ 79,3 ua ; P ~ 705 ans)[modifier | modifier le code]

Objets en résonance 8:35 (a ~ 80,4 ua ; P ~ 721 ans)[modifier | modifier le code]

Objets en résonance 2:9 (a ~ 82,2 ua ; P ~ 742 ans)[modifier | modifier le code]

Objets en résonance 1:5 (a ~ 90,0 ua ; P ~ 820 ans)[modifier | modifier le code]

Coïncidences ou véritable résonance[modifier | modifier le code]

Les résonances faibles (c'est-à-dire d'ordre élevé) peuvent exister et sont difficiles à prouver en raison de l'absence actuelle de précision dans les orbites de ces objets éloignés. De nombreux objets ont des périodes orbitales de plus de 300 ans et n'ont été observés que sur un arc d'observation court ; en raison de leur grande distance et du mouvement lent par rapport aux étoiles d'arrière-plan, il faudra peut-être plusieurs décennies pour que la plupart de ces orbites lointaines soient déterminées assez précisément pour confirmer la résonance ou établir qu'il s'agit d'une coïncidence.

Des simulations de Emel'yanenko et de Kiseleva en 2007 montrent que (131696) 2001 XT254 est en résonance 7:3 avec Neptune. Cette situation pourrait être stable de 100 millions à plusieurs milliards d'années[5].

Emel’yanenko et Kiseleva ont aussi montré que (48639) 1995 TL8 a moins de 1 % de probabilité d'être en résonance 7:3 avec Neptune, mais son orbite est pourtant proche d'une résonance.

Les cubewanos sont par définition non liés, parce que trop éloignés de Neptune; pourtant certains d'entre eux ont une résonance faible, par exemple (79360) Sila.

2001 XT254 a une orbite en résonance 7:3 avec Neptune.
1995 TL8 n'est pas en résonance 7:3 avec Neptune.

Vers une définition[modifier | modifier le code]

Les définitions précises des classes d'OTN ne sont pas universellement acceptées, les limites sont souvent floues et la notion de résonance n'est pas précisément définie. Le Deep Ecliptic Survey introduit des classes dynamiques définies sur la base de l'intégration à long terme des orbites façonnées par les perturbations combinées des quatre planètes géantes.

En général, la résonance est de la forme:

où p et q sont de petits entiers, λ et λN sont respectivement les longitudes moyennes de l'objet et de Neptune, mais peuvent aussi représenter la longitude du périhélie et les longitudes des nœuds (voir Résonance orbitale pour des exemples élémentaires)

Un objet est résonant si pour certains petits entiers (notés ci-après p, q, n, m, r et s) , l'argument (angle) défini ci-dessous est en libration'(c'est-à-dire lié[pas clair][6])

sont les longitudes de périhélie et sont les longitudes des nœuds ascendants, pour Neptune (avec les indices "N") et l'objet en résonance (pas d'indices).

Le terme libration désigne ici l'oscillation périodique de l'angle autour de certaines valeurs ; il est opposé au terme circulation où l'angle peut prendre toutes les valeurs de 0 à 360 degrés. Par exemple, dans le cas de Pluton, l'angle de résonance est d'environ 180 degrés avec une amplitude de l'ordre de 82 degrés, c'est-à-dire que l'angle varie périodiquement de 98 (180-82) à 262 (180+82) degrés.

Tous les plutinos découverts avec la Deep Ecliptic Survey se sont révélés être du type

ce qui est similaire à la résonance moyenne de Pluton.

Plus généralement, cette résonance 2:3 est un exemple de résonances p:(p+1) (exemple 1:2, 2:3, 3:4, etc.) qui se sont révélées être des orbites stables. Leur angle de résonance est :

Dans ce cas, on peut comprendre l'importance de l'angle de résonance en notant que, lorsque l'objet est au périhélie, c'est-à-dire quand , on a alors :

.

Autrement dit, donne une mesure de la distance entre le périhélie de l'objet à Neptune. L'objet est protégé de la perturbation en gardant son périhélie loin de Neptune à condition que , ait une libration d'un angle très différent de 0°

Méthode de classification[modifier | modifier le code]

Références[modifier | modifier le code]

  1. (en) J. Hahn, R. Malhotra, « Neptune's migration into a stirred-up Kuiper Belt », The Astronomical Journal, no 130, novembre 2005, p. 2392-2414. Texte complet sur arXiv.
  2. (en) Renu Malhotra, « The Phase Space Structure Near Neptune Resonances in the Kuiper Belt », The Astronomical Journal, vol. 111, p. 504.
  3. (en) E. I. Chiang, A. B. Jordan, « On the Plutinos and Twotinos of the Kuiper Belt », The Astronomical Journal, no 124, 2002, p. 3430–3444.
  4. http://www.johnstonsarchive.net/astro/tnos.html
  5. (en) V. V. Emel’yanenko, E. L. Kiseleva, « Resonant motion of trans-Neptunian objects in high-eccentricity orbits », Astronomy Letters, vol. 34, no 4, 2008, p. 271–279. Bibcode:2008AstL
  6. (en) J. L. Elliot, S. D. Kern, K. B. Clancy, A. A. S. Gulbis, R. L. Millis, M. W. Buie, L. H. Wasserman, E. I. Chiang, A. B. Jordan, D. E. Trilling, et K. J. Meech, « The Deep Ecliptic Survey: A Search for Kuiper Belt Objects and Centaurs. II. Dynamical Classification, the Kuiper Belt Plane, and the Core Population », The Astronomical Journal, vol. 129, 2006, p. preprint.

Articles connexes[modifier | modifier le code]