Objets en résonance avec Neptune
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].
Répartition
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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. 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 ».
Origine
[modifier | modifier le code]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[4] 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 coorbitaux de Neptune (a ~ 30,1 ua ; P ~ 165 ans)
[modifier | modifier le code]31 troyens de Neptune sont répertoriés par le Centre des planètes mineures au [5].
Par ailleurs, (309239) 2007 RW10 est un quasi-satellite temporaire de Neptune[6].
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 7:10 (a ~ 38,5 ua ; P ~ 234 ans)
[modifier | modifier le code]Objets en résonance 2:3 : les plutinos (a ~ 39,4 ua ; P ~ 247 ans)
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Ce sont de loin les plus nombreux. En 2015, 132 sont dénombrés avec plus de 120 candidats[7].
- (28978) Ixion
- (38628) Huya
- (84922) 2003 VS2
- (90482) Orcus
- (134340) Pluton (planète naine)
- (208996) 2003 AZ84
Objets en résonance 7:11 (a ~ 41 ua ; P ~ 257 ans)
[modifier | modifier le code]Objets en résonance 5:8 (a ~ 41,5 ua ; P ~ 264 ans)
[modifier | modifier le code]Objets en résonance 3:5 (a ~ 42,3 ua ; P ~ 275 ans)
[modifier | modifier le code]- (15809) 1994 JS
- (126154) 2001 YH140
- (143751) 2003 US292
- (612086) 1999 CX131
- (613100) 2005 TN74
- 2013 RB98
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]- (118378) 1999 HT11
- (118698) 2000 OY51
- (119070) 2001 KP77
- (119956) 2002 PA149
- (469306) 1999 CD158, le plus grand
Objets en résonance 5:9 (a ~ 44,5 ua ; P ~ 295 ans)
[modifier | modifier le code]Objets en résonance 6:11 (a ~ 45,1 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]Ils ont souvent été considérés comme définissant le bord extérieur de la ceinture de Kuiper.
Quelques twotinos :
Objets en résonance 6:13 (a ~ 50,4 ua ; P ~ 358 ans)
[modifier | modifier le code]Objets en résonance 5:11 (a ~ 51,2 ua ; P ~ 363 ans)
[modifier | modifier le code]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]- (38084) 1999 HB12
- (69988) 1998 WA31
- (84522) 2002 TC302 (planète naine potentielle)
- (119068) 2001 KC77
- (135571) 2002 GG32
- (143707) 2003 UY117
Objets en résonance 3:8 (a ~ 57,9 ua ; P ~ 440 ans)
[modifier | modifier le code]- (82075) 2000 YW134 (probabilité à 85 %)
Objets en résonance 4:11 (a ~ 59,0 ua ; P ~ 453 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 4:13 (a ~ 66,0 ua ; P ~ 536 ans)
[modifier | modifier le code]Objets en résonance 3:10 (a ~ 67,2 ua ; P ~ 549 ans)
[modifier | modifier le code]- (225088) Gonggong (planète naine potentielle, fortement probable)
Objets en résonance 2:7 (a ~ 69,4 ua ; P ~ 580 ans)
[modifier | modifier le code]Objets en résonance 3:11 (a ~ 72,4 ua ; P ~ 606 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 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]Objets en résonance 2:11 (a ~ 93,7 ua ; P ~ 906 ans)
[modifier | modifier le code]Objets en résonance 1:6 (a ~ 99,3 ua ; P ~ 989 ans)
[modifier | modifier le code]Objets en résonance 1:7 (a ~ 110,0 ua ; P ~ 1154 ans)
[modifier | modifier le code]Objets en résonance 1:8 (a ~ 120,2 ua ; P ~ 1318 ans)
[modifier | modifier le code]Objets en résonance 1:9 (a ~ 130,1 ua ; P ~ 1483 ans)
[modifier | modifier le code]Objets en résonance 1:10 (a ~ 139,5 ua ; P ~ 1648 ans)
[modifier | modifier le code]Objets en résonance 1:11 (a ~ 148 ua ; P ~ 1812 ans)
[modifier | modifier le code]Autres résonances possibles
[modifier | modifier le code]3:16 , 5:16 , 5:17 , 8:35 , 9:11, 10:21 etc.
Coïncidences ou véritables résonances
[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[8].
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.
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, de même pour certains cubewanos tels que (79360) Sila. Ultérieurement des observations plus nombreuses pourraient préciser s'il s'agit de résonance ponctuelles ou non.
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][9])
où 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
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Références
[modifier | modifier le code]- (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.
- (en) Renu Malhotra, « The Phase Space Structure Near Neptune Resonances in the Kuiper Belt », The Astronomical Journal, vol. 111, p. 504.
- (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.
- (en) « Liste des objets transneptuniens », sur www.johnstonsarchive.net, (consulté le )
- « List Of Neptune Trojans », sur minorplanetcenter.net (consulté le ).
- Carlos de la Fuente Marcos et Raúl de la Fuente Marcos, « (309239) 2007 RW10: a large temporary quasi-satellite of Neptune », Astronomy and Astrophysics Letters, vol. 545, , p. L9 (DOI 10.1051/0004-6361/201219931, Bibcode 2012A&A...545L...9D, arXiv 1209.1577, S2CID 118374080)
- « Trans-Neptunian objects », sur johnstonsarchive.net (consulté le ).
- (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
- (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.
