Lorsque l'astronome sicilien Giuseppe Piazzi a repéré Cérès en 1801, il pensait que c'était une planète. Les astronomes ne connaissaient pas les astéroïdes à cette époque. Nous savons maintenant qu'il y en a une énorme quantité, résidant principalement dans la ceinture principale d'astéroïdes entre Mars et Jupiter.

Cérès mesure environ 1 000 km de diamètre et représente un tiers de la masse de la ceinture principale d'astéroïdes. Il éclipse la plupart des autres corps de la ceinture. Nous savons maintenant qu'il s'agit d'une planète, quoique naine, même si ses voisins sont pour la plupart des astéroïdes.

Mais que fait une planète naine dans la ceinture d'astéroïdes ?

Un nouvel article de recherche fournit la réponse :Cérès ne s'est pas formée dans la ceinture d'astéroïdes. Il s'est formé plus loin dans le système solaire, puis a migré vers sa position actuelle. Ce n'est pas la première étude à parvenir à cette conclusion, mais cela ajoute du poids à l'idée.

L'article est "Dynamical Origin of the Dwarf Planet Ceres", et il est publié dans la revue Icarus . L'auteur principal est Rafael Ribeiro de Sousa, professeur de physique à l'Université d'État de Sao Paulo au Brésil. D'autres co-auteurs viennent de la même université et de la France et des États-Unis.

(Remarque :Cérès est appelée une planète naine, une protoplanète et parfois un astéroïde. Inutile de s'y attarder. Elle a été officiellement classée comme planète naine en 2006.)

Cérès est l'une des trois planètes naines ou protoplanètes de la ceinture d'astéroïdes. Les deux autres sont Vesta et Pallas. Un quatrième grand corps, Hygiea, mesure 434 km de diamètre et pourrait également être une planète naine. Ces quatre plus gros corps représentent la moitié de la masse de la ceinture d'astéroïdes.

La plupart de ce que nous savons de Cérès provient de la mission Dawn de la NASA. Dawn a été le premier vaisseau spatial à visiter deux corps extraterrestres et le premier à orbiter autour d'une planète naine. Dawn a visité Vesta et Cérès avant que le vaisseau spatial ne tombe en panne de carburant en octobre 2018. C'est maintenant une épave sur une orbite stable autour de Cérès.

La terminologie et les descriptions des plus gros objets de la ceinture d'astéroïdes peuvent prêter à confusion, mais Cérès se démarque des trois autres. Cérès est le seul corps de la ceinture suffisamment massif pour conserver une forme sphéroïde. Cérès possède également une atmosphère transitoire appelée exosphère. La lumière du soleil sublime la glace d'eau et la glace d'ammoniac en vapeur, mais la gravité de la planète naine est trop faible pour la retenir. C'est un indice important sur les origines de Cérès, car les astéroïdes n'émettent généralement pas de vapeur.

La présence d'ammoniac est également un indice.

Les comètes contiennent des glaces volatiles comme l'ammoniac qui se subliment lorsque le soleil les chauffe. C'est ce qui crée la queue et le coma de la comète. Mais les comètes viennent des régions extérieures froides du système solaire où elles auraient accumulé les glaces volatiles. Étant donné que Cérès a gelé des substances volatiles comme une comète, cela suggère qu'elle est également originaire des régions les plus froides du système solaire.

"La présence de glace d'ammoniac est une preuve d'observation solide que Cérès peut s'être formée dans la région la plus froide du système solaire au-delà de la ligne de givre, à des températures suffisamment basses pour provoquer la condensation et la fusion de l'eau et de substances volatiles telles que le monoxyde de carbone [CO] , dioxyde de carbone [CO₂ ] et l'ammoniac [NH3]", a déclaré Ribeiro de Sousa dans un communiqué de presse.

La frontière entre le système solaire externe plus froid et le système solaire interne plus chaud s'appelle la ligne de gel. Il existe des lignes de gel spécifiques pour différents volatils qui gèlent à différentes températures, mais les astrophysiciens parlent d'une ligne de gel unique pour plus de simplicité. La ligne de gel est maintenant proche de l'orbite de Jupiter, mais elle n'y a pas toujours été. Il s'est déplacé au fur et à mesure de l'évolution du système solaire. La nébuleuse solaire était opaque dans les premiers jours, et la chaleur du soleil n'atteignait pas aussi loin. Le soleil était également moins énergique à l'époque, donc la ligne de gel était plus proche du soleil.

La croissance des planètes géantes a également affecté la position de la ligne de gel. "La perturbation gravitationnelle intense produite par la croissance de ces planètes peut avoir modifié la densité, la pression et la température du disque protoplanétaire, déplaçant la ligne de givre. Cette perturbation du disque de gaz protoplanétaire peut avoir conduit les planètes en expansion à migrer vers des orbites plus proches de le soleil au fur et à mesure qu'ils acquéraient du gaz et des solides", a déclaré le co-auteur Ernesto Vieira Neto.

"Dans notre article, nous proposons un scénario pour expliquer pourquoi Cérès est si différent des astéroïdes voisins. Dans ce scénario, Cérès a commencé à se former sur une orbite bien au-delà de Saturne, où l'ammoniac était abondant. Au cours de la phase de croissance de la planète géante, il a été entraîné dans la ceinture d'astéroïdes en tant que migrant du système solaire externe et a survécu pendant 4,5 milliards d'années jusqu'à maintenant", a déclaré Ribeiro de Sousa.

L'équipe a exécuté un grand nombre de simulations informatiques pour tester l'idée. Ils ont simulé la formation de planètes géantes à l'intérieur du disque protoplanétaire du soleil, dont Jupiter et Saturne. Ils comprenaient également des planètes embryonnaires pour servir de précurseurs à Uranus et Neptune. Ensuite, ils ont ajouté un groupe d'objets avec des compositions et des tailles similaires à Cérès. Leur inclusion est basée sur l'hypothèse que Cérès est l'un des premiers planétésimaux du système solaire, des objets en passe de devenir des planètes à part entière.

"Nos simulations ont montré que l'étape de formation des planètes géantes était très turbulente, avec d'énormes collisions entre les précurseurs d'Uranus et de Neptune, l'éjection de planètes hors du système solaire, et même l'invasion de la région intérieure par des planètes de masse supérieure à trois fois celle de la Terre. De plus, la forte perturbation gravitationnelle a dispersé partout des objets similaires à Cérès. Certains pourraient bien avoir atteint la région de la ceinture d'astéroïdes et acquis des orbites stables capables de survivre à d'autres événements", a déclaré Ribeiro de Sousa.

Les chercheurs disent qu'il y a quatre étapes impliquées dans l'implantation d'un objet semblable à Cérès dans la ceinture d'astéroïdes. La première est une phase de mélange radial rapide de la position des planétésimaux dans le disque planétésimal externe. La seconde est lorsque le candidat Cérès est capturé en résonance de mouvement moyen avec des planètes géantes. La troisième étape est une phase chaotique, où l'objet semblable à Cérès peut rencontrer d'autres "envahisseurs" qui peuvent augmenter ou diminuer son excentricité et disperser l'objet dans des régions plus stables de la ceinture d'astéroïdes intérieure. La phase chaotique comprend également la traînée de gaz et le frottement dynamique gazeux qui peuvent modifier l'excentricité et l'inclinaison du candidat Cérès et l'implanter dans sa position actuelle. La quatrième phase est celle où le gaz est retiré du disque protoplanétaire, les envahisseurs sont retirés, Cérès est retiré de la résonance de mouvement moyen et l'implantation devient stable.

Les simulations de l'équipe ont également montré que Cérès n'est que l'un des nombreux objets similaires qui existaient aux débuts du système solaire. "Notre principale découverte était que dans le passé, il y avait au moins 3 600 objets de type Cérès au-delà de l'orbite de Saturne. Avec ce nombre d'objets, notre modèle a montré que l'un d'eux aurait pu être transporté et capturé dans la ceinture d'astéroïdes, dans une orbite très similaire à l'orbite actuelle de Cérès", a déclaré Ribeiro de Sousa.

Ce ne sont pas les premiers chercheurs à proposer un nombre comme 3 600 objets de type Cérès. D'autres ont étudié les cratères et le nombre d'objets au-delà de Saturne et dans la ceinture de Kuiper pour arriver à leurs résultats. Cette étude confirme les résultats précédents et soutient notre compréhension de la formation et de l'évolution du système solaire. "Notre scénario nous a permis de confirmer le nombre et d'expliquer les propriétés orbitales et chimiques de Cérès. L'étude réaffirme l'exactitude des modèles les plus récents de la formation du système solaire", a-t-il déclaré. + Explorer plus loin

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