Au-delà de l'orbite de Neptune, une collection diversifiée de milliers de planètes naines et d'autres objets relativement petits habite dans une région appelée la ceinture de Kuiper. Ces restes souvent vierges des jours de formation des planètes de notre système solaire sont appelés objets de la ceinture de Kuiper, ou des objets transneptuniens. Le prochain télescope spatial James Webb de la NASA examinera un assortiment de ces corps glacés dans une série de programmes appelés Guaranteed Time Observations peu après son lancement en 2021. L'objectif est d'en savoir plus sur la formation de notre système solaire.

"Ce sont des objets qui sont dans le cimetière de la formation du système solaire, " a expliqué Jonathan Lunine de l'Université Cornell, un scientifique interdisciplinaire Webb qui utilisera Webb pour étudier certaines de ces cibles. "Ils sont dans un endroit où ils pourraient durer des milliards d'années, et il n'y a pas beaucoup d'endroits comme ça dans notre système solaire. Nous aimerions savoir à quoi ils ressemblent."

En étudiant ces corps, Lunine et ses collègues espèrent savoir quelles glaces étaient présentes au début du système solaire. Ce sont les mondes les plus froids pour afficher l'activité géologique et atmosphérique, les scientifiques sont donc également intéressés à les comparer avec les planètes.

Les objets de la ceinture de Kuiper sont très froids et faibles, pourtant ils brillent dans la lumière infrarouge, qui est à des longueurs d'onde au-delà de ce que nos yeux humains peuvent voir. Webb est spécialement conçu pour détecter la lumière infrarouge. Pour étudier ces objets lointains, les scientifiques utiliseront principalement une technique appelée spectroscopie, qui divise la lumière en ses couleurs individuelles pour déterminer les propriétés des matériaux qui interagissent avec cette lumière.

Un large assortiment

Les habitants de la ceinture de Kuiper se présentent sous différentes formes et tailles. Certains résident par paires ou multiples, tandis que d'autres ont des anneaux ou des lunes. Ils présentent une large gamme de couleurs, ce qui peut indiquer des histoires de formation différentes ou une exposition différente à la lumière du soleil.

"Certains semblent être de couleur plus rouge, d'autres sont plus bleus. Pourquoi est-ce? », a déclaré Heidi Hammel, un scientifique interdisciplinaire Webb pour les observations du système solaire. Elle est également vice-présidente pour la science à l'Association of Universities for Research in Astronomy (AURA) à Washington, D.C. "En utilisant Webb, nous pourrons obtenir des informations sur la chimie de surface qui pourraient nous donner des indices sur les raisons pour lesquelles il y a ces différentes populations dans la ceinture de Kuiper. »

Expulsé du club

Entre Jupiter et Neptune, et croisant l'orbite d'une ou plusieurs des planètes géantes, se trouve une population différente d'objets appelés centaures. Ce sont de petits corps du système solaire qui ont été éjectés de la ceinture de Kuiper. En plus d'observer les objets actuels de la ceinture de Kuiper, ces programmes Webb étudieront de tels corps du système solaire qui ont été « expulsés du club ». Ces anciens objets de la ceinture de Kuiper ont des orbites qui ont été considérablement perturbées, les rapprochant nettement du soleil.

"Parce qu'ils croisent les orbites de Neptune, Uranus, et Saturne, les centaures sont de courte durée. Ils ne sont donc généralement présents que pendant environ 10 millions d'années, " a expliqué John Stansberry du Space Telescope Science Institute à Baltimore, Maryland. Stansberry dirige une équipe différente qui utilisera Webb pour étudier les objets de la ceinture de Kuiper. « À ce moment-là, ils ont une interaction avec l'une des grandes planètes qui est très forte, et ils sont soit jetés au soleil, soit jetés hors du système solaire."

Un autre corps que Webb étudiera est la lune Triton de Neptune. La plus grande des 13 lunes du géant de glace, Triton partage de nombreuses similitudes avec Pluton. "Même si c'est la lune de Neptune, nous avons des preuves suggérant qu'il s'agit d'un objet de la ceinture de Kuiper qui s'est approché trop près de Neptune dans le passé, et il a été capturé en orbite autour de Neptune, ", a déclaré Hammel. "Triton a été étudié par la sonde Voyager 2 en 1989. Ces données du vaisseau spatial nous fourniront une "vérité au sol" très importante pour nos observations Webb des objets de la ceinture de Kuiper."

Un échantillonnage des cibles

Voici un petit échantillon de quelques-unes des dizaines d'objets actuels et anciens de la ceinture de Kuiper que Webb observera :

• Pluton et Charon :La planète naine Pluton et sa plus grande lune, Charon, sont deux des résidents les plus connus de la ceinture de Kuiper. Pluton a une atmosphère, brume, et les saisons. Il a une activité géologique à sa surface et peut avoir un océan à l'intérieur. En plus de Charon, il héberge quatre autres lunes :Nix, Hydre, Styx, et Kerberos. Les données Webb compléteront les observations faites par le vaisseau spatial New Horizons de la NASA lorsqu'il a survolé le système Pluton en 2015.
• Eris :Presque la taille de Pluton, Eris est la deuxième plus grande planète naine connue du système solaire. À son point le plus éloigné, la mystérieuse Éris est plus de 97 fois plus éloignée du soleil que la Terre. En raison de son éloignement, il est difficile à observer, mais Webb dira beaucoup aux scientifiques sur les types de glace qui se trouvent à sa surface.
• Sedna :Avec sa teinte rouge foncé, Sedna est en fait située au-delà de la principale ceinture de Kuiper. Il faut environ 11, 400 ans pour terminer une orbite, et le point le plus éloigné de cette orbite très allongée est estimé à 940 fois la distance de la Terre au soleil.
• Haumea :Ce grand, le corps en rotation rapide est en forme d'œuf, et les scientifiques aimeraient savoir pourquoi. En plus des lunes, il semble également avoir un système d'anneau. Avec Webb, les scientifiques espèrent en savoir plus sur la formation de ces anneaux.
• Chariklo :Le plus grand centaure, Chariklo est également le premier astéroïde à posséder un système d'anneaux. C'était le cinquième système d'anneaux trouvé dans notre système solaire - après Saturne, Jupiter, Uranus et Neptune. On pense que les anneaux mesurent entre deux et quatre milles de large.

Un autre programme, appelé une cible d'opportunité, observera un objet de la ceinture de Kuiper passer devant une étoile, si un tel alignement devait se produire au cours des deux premières années de la vie de Webb. Appelé une occultation, ce type d'observation peut révéler la taille d'un objet.

Les quelques vaisseaux spatiaux qui ont survolé des objets de la ceinture de Kuiper n'ont pu étudier ces objets intrigants que pendant une très courte période. Avec Webb, les astronomes peuvent cibler plus d'objets de la ceinture de Kuiper sur une période prolongée. Le résultat sera de nouvelles informations sur l'histoire la plus ancienne de notre système solaire.

Le télescope spatial James Webb sera le premier observatoire mondial des sciences spatiales lors de son lancement en 2021. Webb résoudra les mystères de notre système solaire, regarder au-delà des mondes lointains autour d'autres étoiles, et sonder les structures et les origines mystérieuses de notre univers et notre place dans celui-ci. Webb est un programme international mené par la NASA avec ses partenaires, ESA (Agence spatiale européenne) et l'Agence spatiale canadienne.