Les masses du ou des satellites vont de 1/10 à 1/1000 des TNO correspondants. En comparaison, La Terre et la Lune sont également représentées. Crédit :NASA/APL/SwRI/ESA/STScI
À l'aide de simulations et d'observations informatiques sophistiquées, une équipe dirigée par des chercheurs du Earth-Life Science Institute (ELSI) de l'Institut de technologie de Tokyo a montré comment les objets dits transneptuniens (ou TNO) ont pu se former. TNO, qui incluent la planète naine Pluton, sont un groupe de petits corps glacés et rocheux - plus petits que les planètes, mais plus gros que les comètes, qui orbitent autour du système solaire au-delà de la planète Neptune. Les TNO se sont probablement formés en même temps que le système solaire, et comprendre leur origine pourrait fournir des indices importants sur l'origine de l'ensemble du système solaire.
Comme de nombreux corps du système solaire, y compris la Terre, Les TNO ont souvent leurs propres satellites, qui s'est probablement formée très tôt à la suite de collisions entre les éléments constitutifs du système solaire. Comprendre l'origine des TNO et de leurs satellites peut aider à comprendre l'origine et l'évolution précoce de l'ensemble du système solaire. Les propriétés des TNO et de leurs satellites, par exemple, leurs propriétés orbitales, composition et taux de rotation - fournissent un certain nombre d'indices pour comprendre leur formation. Ces propriétés peuvent refléter leur formation et leur histoire collisionnelle, qui à son tour peut être lié à la façon dont les orbites des planètes géantes Jupiter, Saturne, Neptune, et Uranus a changé au fil du temps depuis la formation du système solaire.
Le vaisseau spatial New Horizons a survolé Pluton, le TNO le plus connu, en 2015. Depuis, Pluton et son satellite Charon ont beaucoup attiré l'attention des planétologues, et de nombreux nouveaux petits satellites autour d'autres grands TNO ont été trouvés. En réalité, tous les TNO connus de plus de 1000 km de diamètre sont maintenant connus pour avoir des systèmes satellitaires. De façon intéressante, la plage de rapport de masse estimé de ces satellites à leurs systèmes hôtes va de 1/10 à 1/1000, englobant le rapport de masse Lune-Terre (~1/80). Cela peut être important car la lune de la Terre et Charon sont tous deux supposés s'être formés à partir d'un impacteur géant.
Les panneaux supérieurs montrent des instantanés de l'impact géant formant le satellite avec environ 1 km/s de la vitesse d'impact et 75 degrés de l'angle d'impact. Le panneau inférieur montre la vue schématique de la circularisation de l'orbite du satellite en raison de l'interaction des marées après la formation du satellite. Crédit :Arakawa et al. (2019) Astronomie de la nature
Etudier la formation et l'évolution des systèmes satellitaires TNO, l'équipe de recherche a effectué plus de 400 simulations d'impacts géants et calculs d'évolution des marées. "C'est vraiment un travail difficile, " dit l'auteur principal de l'étude, Le professeur Hidenori Genda du Earth-Life Science Institute (ELSI) du Tokyo Institute of Technology. Les autres membres de l'équipe de Tokyo Tech comprenaient Sota Arakawa et Ryuki Hyodo.
L'étude de Tokyo Tech a révélé que la taille et l'orbite des systèmes satellitaires des grands TNO s'expliquent mieux s'ils se sont formés à partir des impacts de progéniteurs en fusion. Ils ont également découvert que des TNO suffisamment gros peuvent retenir la chaleur interne et rester en fusion pendant quelques millions d'années seulement; surtout si leur source de chaleur interne est constituée d'isotopes radioactifs à courte durée de vie tels que l'aluminium-26, qui a également été impliqué dans le chauffage interne des corps parents des météorites. Étant donné que ces progéniteurs devraient avoir une teneur élevée en radionucléides à courte durée de vie pour être fondus, ces résultats suggèrent que les systèmes TNO-satellites se sont formés avant la migration vers l'extérieur des planètes extérieures, dont Neptune, ou dans les premiers ~ 700 millions d'années de l'histoire du système solaire.
La relation entre l'excentricité initiale des satellites formés et l'excentricité finale après une évolution des marées de 4,5 milliards d'années est présentée pour trois cas. Lorsque les corps planétaires sont rigides tout le temps (figure de droite) ou qu'ils se comportent comme un fluide pendant les 1000 premières années (figure du milieu), la plupart des excentricités n'étaient pas amorties, ce qui n'est pas en contradiction avec l'observation. Quand ils se comportent comme un fluide pour la première> 1 million d'années, les excentricités résultantes sont cohérentes avec l'observation. Crédit :Arakawa et al. (2019) Astronomie de la nature
Les théories précédentes sur la formation des planètes avaient suggéré que la croissance des TNO prenait beaucoup plus de temps que la durée de vie des radionucléides à courte durée de vie, et donc les TNO ne doivent pas avoir été fondus lorsqu'ils se sont formés. Ces scientifiques ont trouvé, cependant, que la formation rapide de TNO est cohérente avec les études récentes sur la formation de planètes qui suggèrent que les TNO se sont formés par accrétion de petits solides à des corps préexistants. La formation rapide de grands TNO est cohérente avec les études récentes sur la formation des planètes; cependant, d'autres analyses suggèrent que les comètes se sont formées bien après la désintégration de la plupart des radionucléides à courte durée de vie. Ainsi, les auteurs notent qu'il reste encore beaucoup de travail à faire pour produire un modèle unifié de l'origine des corps planétaires du système solaire.
