Chariklo bouscule notre vision des systèmes d’anneaux
Jusqu’en 2013, on pensait que les systèmes d’anneaux étaient l’apanage des planètes géantes du Système solaire, telles que Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune. Cependant, cette année-là, un petit corps d’à peine 250 kilomètres de diamètre, situé à près de 17 fois la distance entre la Terre et le Soleil, est venu s’ajouter à ce groupe restreint. Il s’agit de Chariklo en orbite entre Saturne et Uranus, autour duquel deux anneaux denses ont été découverts.
Le 18 octobre 2022, l’Institut d’astrophysique d’Andalousie (IAA-CSIC) a dirigé l’observation réalisée avec le télescope spatial James Webb (JWST) afin d’étudier les anneaux de Chariklo à l’aide d’une occultation stellaire, une technique consistant à mesurer la diminution de la lumière d’une étoile lorsque l’objet passe devant elle (cf. Figure 1). Aujourd’hui, une nouvelle étude publiée dans Science Advances et menée également par l’IAA-CSIC démontre, pour la première fois, que le système d’anneaux de Chariklo a subi des changements à des échelles de temps de quelques années seulement, depuis les dernières observations.
« La comparaison des observations du JWST avec celles obtenues lors d’autres occultations stellaires au cours de la dernière décennie nous a permis de découvrir des changements opposés dans les deux anneaux : alors que l’anneau intérieur présente une opacité nettement plus élevée, l’anneau extérieur affiche une opacité moindre », explique Pablo Santos-Sanz, chercheur à l’IAA-CSIC qui dirige l’étude.
Ce comportement inattendu indique que le système d’anneaux de Chariklo est dynamique et qu’il pourrait être soumis à des processus physiques bien plus complexes qu’on ne le pensait.
Le James Webb réussit une occultation stellaire inédite
Cette étude représente également une avancée technologique majeure : l’occultation par Chariklo a été la première occultation stellaire prédite et planifiée spécifiquement pour être observée avec le James Webb, et réalisée avec succès (cf. Figure 2).
« Pour y parvenir, il a fallu connaître avec une précision extraordinaire l’orbite de Chariklo, la position de l’étoile — grâce à la mission Gaia de l’ESA — et la trajectoire du JWST lui-même autour du point de Lagrange L2, une région de l’espace située à environ 1,5 million de kilomètres de la Terre, dans la direction opposée au Soleil. Le JWST orbite autour de cette région en suivant une trajectoire qui doit être corrigée périodiquement par des manœuvres de maintenance », précise Yücel Kilic, chercheur postdoctoral à l’IAA-CSIC et coauteur de l’étude.
Au moment de l’occultation, Chariklo se déplaçait par rapport au JWST à seulement 2,5 kilomètres par seconde. Cette vitesse relative exceptionnellement faible a permis d’obtenir une résolution spatiale sans précédent pour étudier la structure de ses anneaux. Ces anneaux sont si étroits et Chariklo se trouve si loin qu’il est impossible de les photographier directement, même avec le télescope James Webb ou avec les plus grands télescopes terrestres. Les occultations stellaires permettent de les étudier de manière indirecte, en mesurant les brèves diminutions de la luminosité d’une étoile lorsque chacun des anneaux passe devant elle.
Jusqu’à présent, les anneaux qui entourent les petits corps du Système solaire étaient considérés comme des structures relativement stables. Les changements détectés sur Chariklo remettent en question cette vision et suggèrent que ces systèmes pourraient être bien plus dynamiques qu’on ne le pensait.
« Nos résultats nous obligent à repenser la manière dont ils se forment, comment ils évoluent et quels mécanismes assurent leur stabilité. La possibilité de détecter ces changements ouvre une nouvelle voie pour comprendre l’évolution de ces systèmes et, éventuellement, celles d’autres systèmes d’anneaux du Système solaire », souligne Santos-Sanz.
L’origine physique des changements détectés reste toutefois une question ouverte : ils pourraient refléter une évolution temporelle des anneaux, des différences liées à l’utilisation de différents filtres d’observation ou une combinaison de ces deux effets.
Ce travail s’inscrit dans le cadre des recherches financées par l’ANR "Roche" (ANR-23-CE49-0012), dirigée par Nicolas Rambaux au LTE à laquelle participe Bruno Sicardy (co-auteur de l’article). Le projet a pour but de mieux comprendre l’environnement et les interactions des petits corps du système solaire. Parmi les auteurs nous comptons aussi Josselin Desmars (LTE) et Damya Souami (LIRA) qui travaillent sur les occultations stellaires dans le cadre du projet "Lucky Star", qui regroupe des équipes françaises, espagnoles et brésiliennes.
