L’étude des nombreuses lunes du système solaire a révélé une multitude d’informations au cours des dernières décennies. Il s'agit notamment des lunes de Jupiter - dont 69 ont été identifiées et nommées - Saturne (qui en a 62) et Uranus (27). Dans les trois cas, les satellites en orbite autour de ces géantes gazeuses ont des orbites progrades à faible inclinaison. Cependant, au sein du système Neptunien, les astronomes ont noté que la situation était assez différente.
Comparé aux autres géants du gaz, Neptune a beaucoup moins de satellites, et la majeure partie de la masse du système est concentrée dans un seul satellite qui aurait été capturé (c'est-à-dire Triton). Selon une nouvelle étude réalisée par une équipe du Weizmann Institute of Science en Israël et du Southwest Research Institute (SwRI) à Boulder, Colorado, Neptune aurait peut-être déjà eu un système de satellites plus massif, que l'arrivée de Triton pourrait avoir perturbé.
L’étude, intitulée «L’évolution de Triton avec un système satellitaire neptunien primordial», a récemment paru dans The Astrophysical Journal. L'équipe de recherche était composée de Raluca Rufu, astrophysicienne et géophysicienne de l'Institut Weizmann, et Robin M. Canup - VP associé du SwRI. Ensemble, ils ont examiné les modèles d'un système neptunien primordial et comment il a pu changer grâce à l'arrivée de Triton.
Pendant de nombreuses années, les astronomes ont estimé que Triton était autrefois une planète naine qui a été expulsée de la ceinture de Kuiper et capturée par la gravité de Neptune. Ceci est basé sur son orbite rétrograde et très inclinée (156,885 ° par rapport à l'équateur de Neptune), qui contredit les modèles actuels de la formation des géants du gaz et de leurs satellites. Ces modèles suggèrent que lorsque les planètes géantes accumulent du gaz, leurs lunes se forment à partir d'un disque de débris environnant.
Comme les autres géants du gaz, le plus grand de ces satellites aurait des orbites progrades régulières qui ne sont pas particulièrement inclinées par rapport à l'équateur de leur planète (généralement moins de 1 °). À cet égard, Triton aurait fait partie d'un binaire composé de deux objets trans-neptuniens (TNO). Quand ils ont balancé Neptune, Triton aurait été capturé par sa gravité et est progressivement tombé dans son orbite actuelle.
Comme l'affirment le Dr Rufu et le Dr Canup dans leur étude, l'arrivée de ce satellite massif aurait probablement causé beaucoup de perturbations dans le système Neptunien et affecté son évolution. Cela consistait à explorer comment les interactions - comme la diffusion ou les collisions - entre les satellites précédents de Triton et de Neptune auraient modifié l'orbite et la masse de Triton, ainsi que le système dans son ensemble. Comme ils l'expliquent:
«Nous évaluons si les collisions entre les satellites primordiaux sont suffisamment perturbatrices pour créer un disque de débris qui accélérerait la circularisation de Triton, ou si Triton subirait un impact perturbateur en premier. Nous cherchons à trouver la masse du système satellite primordial qui donnerait l'architecture actuelle du système Neptunien. »
Pour tester comment le système neptunien aurait pu évoluer, ils ont considéré différents types de systèmes satellites primordiaux. Cela comprenait une qui était compatible avec le système actuel d'Uranus, composée de satellites progrades avec une ration de masse similaire à celle des plus grandes lunes d'Uranus - Ariel, Umbriel, Titania et Oberon - ainsi qu'une autre plus ou moins massive. Ils ont ensuite effectué des simulations pour déterminer comment l'arrivée de Triton aurait modifié ces systèmes.
Ces simulations étaient basées sur des lois d'échelle de perturbation qui considéraient comment les impacts non-hit-and-run entre Triton et d'autres corps auraient conduit à une redistribution de la matière dans le système. Ce qu'ils ont trouvé, après 200 simulations, était qu'un système qui avait un rapport de masse similaire au système uranien actuel (ou plus petit) aurait été le plus susceptible de produire le système neptunien actuel. Comme ils le disent:
"Nous constatons qu'un système satellite antérieur avec un rapport de masse similaire au système uranien ou plus petit a une probabilité substantielle de reproduire le système neptunien actuel, tandis qu'un système plus massif a une faible probabilité de conduire à la configuration actuelle."
Ils ont également constaté que l'interaction de Triton avec un système de satellites antérieur offre également une explication potentielle de la façon dont son orbite initiale aurait pu être diminuée assez rapidement pour préserver les orbites de petits satellites irréguliers. Ces corps ressemblant à des Néréides auraient autrement été chassés de leurs orbites alors que les forces de marée entre Neptune et Triton ont obligé Triton à reprendre son orbite actuelle.
En fin de compte, cette étude offre non seulement une explication possible des raisons pour lesquelles le système de satellites de Neptune diffère de ceux des autres géants du gaz; cela indique également que la proximité de Neptune avec la ceinture de Kuiper est responsable. À un moment donné, Neptune avait peut-être un système de lunes qui ressemblait beaucoup à ceux de Jupiter, Saturne et Uranus. Mais comme il est bien situé pour ramasser des objets nains de la taille d'une planète qui ont été expulsés de la ceinture de Kuiper, cela a changé.
Tournés vers l’avenir, Rufu et Canup indiquent que des études supplémentaires sont nécessaires pour faire la lumière sur l’évolution précoce de Triton en tant que satellite neptunien. Essentiellement, il reste des questions sans réponse concernant les effets du système de satellites préexistants sur Triton et la stabilité de ses satellites prograde irréguliers.
Ces résultats ont également été présentés par le Dr, Rufu et le Dr Canup lors de la 48e Conférence scientifique lunaire et planétaire, qui a eu lieu à The Woodlands, au Texas, en mars dernier.
