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

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, mais les OTN, par définition, ont des périodes supérieures à celle de Neptune. 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

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

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)

31 troyens de Neptune sont répertoriés par le Centre des planètes mineures au 30 novembre 2023^[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)

• (127871) 2003 FC₁₂₈
• (131697) 2001 XH₂₅₅

Objets en résonance 3:4 (a ~ 36,5 ua ; P ~ 220 ans)

• (15836) 1995 DA₂
• (143685) 2003 SS₃₁₇

Objets en résonance 7:10 (a ~ 38,5 ua ; P ~ 234 ans)

• 2014 UF₂₂₉

Objets en résonance 2:3 : les plutinos (a ~ 39,4 ua ; P ~ 247 ans)

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)

• (555915) 2014 GX₅₃

Objets en résonance 5:8 (a ~ 41,5 ua ; P ~ 264 ans)

• (533398) 2014 GA₅₄

Objets en résonance 3:5 (a ~ 42,3 ua ; P ~ 275 ans)

• (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)

• (136108) Hauméa
• 2015 RP₂₇₈

Objets en résonance 4:7 (a ~ 43,7 ua ; P ~ 289 ans)

• (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)

• (437915) 2002 GD₃₂
• 2012 HE85

Objets en résonance 6:11 (a ~ 45,1 ua ; P ~ 302 ans)

• 2010 LQ₆₈

Objets en résonance 1:2 : les twotinos (a ~ 47,8 ua ; P ~ 330 ans)

Ils ont souvent été considérés comme définissant le bord extérieur de la ceinture de Kuiper.

Quelques twotinos :

• (20161) 1996 TR₆₆
• (26308) 1998 SM₁₆₅
• (119979) 2002 WC₁₉
• (130391) 2000 JG81
• (137295) 1999 RB₂₁₆

Objets en résonance 6:13 (a ~ 50,4 ua ; P ~ 358 ans)

• 2014 FF₇₂

Objets en résonance 5:11 (a ~ 51,2 ua ; P ~ 363 ans)

• 2013 RM₁₀₉

Objets en résonance 4:9 (a ~ 51,7 ua ; P ~ 371 ans)

• (42301) 2001 UR₁₆₃
• (182397) 2001 QW₂₉₇

Objets en résonance 3:7 (a ~ 53,0 ua ; P ~ 385 ans)

• (95625) 2002 GX₃₂
• (131696) 2001 XT₂₅₄
• (181867) 1999 CV₁₁₈
• (183964) 2004 DJ₇₁

Objets en résonance 5:12 (a ~ 54,0 ua ; P ~ 395 ans)

• (79978) 1999 CC₁₅₈
• (119878) 2002 CY₂₂₄

Des confirmations sont encore nécessaires.

Objets en résonance 2:5 (a ~ 55,4 ua ; P ~ 412 ans)

• (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)

• (82075) 2000 YW₁₃₄ (probabilité à 85 %)

Objets en résonance 4:11 (a ~ 59,0 ua ; P ~ 453 ans)

• (500879) 2013 JH₆₄

Objets en résonance 1:3 : les threetinos (a ~ 62,6 ua ; P ~ 495 ans)

• (136120) 2003 LG₇

Objets en résonance 4:13 (a ~ 66,0 ua ; P ~ 536 ans)

• 2009 DJ₁₄₃

Objets en résonance 3:10 (a ~ 67,2 ua ; P ~ 549 ans)

• (225088) Gonggong (planète naine potentielle, fortement probable)

Objets en résonance 2:7 (a ~ 69,4 ua ; P ~ 580 ans)

• (471143) Dziewanna
• 2006 HX₁₂₂

Objets en résonance 3:11 (a ~ 72,4 ua ; P ~ 606 ans)

• 2013 AR₁₈₃
• (534627) 2014 UV₂₂₄

Objets en résonance 1:4 : les fourtinos (a ~ 75,8 ua ; P ~ 660 ans)

• 2003 LA₇
• 2008 UA₃₃₂
• 2011 UP₄₁₁
• 2014 SO₃₅₀
• 2015 KZ₁₇₃
• 2015 RB₂₇₈
• 2015 VO₁₆₆

Objets en résonance 5:21 (a ~ 79,3 ua ; P ~ 705 ans)

• (574372) 2010 JO₁₇₉

Objets en résonance 2:9 (a ~ 82,2 ua ; P ~ 742 ans)

• (523794) 2015 RR₂₄₅

Objets en résonance 1:5 (a ~ 90,0 ua ; P ~ 820 ans)

• (612732) 2003 YQ₁₇₉ (à confirmer)^{[réf. nécessaire]}
• 2007 FN51
• 2011 BP170
• 2013 RM₁₂₄
• 2015 VS₂₀₇

Objets en résonance 2:11 (a ~ 93,7 ua ; P ~ 906 ans)

• (613037) 2005 RP₄₃
• 2011 HO₆₀
• 2014 FJ₇₂
• 2014 QR₅₆₂

Objets en résonance 1:6 (a ~ 99,3 ua ; P ~ 989 ans)

• (528381) 2008 ST₂₉₁
• 2011 WJ₁₅₇
• 2020 KS₁₁
• 2021 QJ₉₈

Objets en résonance 1:7 (a ~ 110,0 ua ; P ~ 1154 ans)

• 2014 SD₄₀₃

Objets en résonance 1:8 (a ~ 120,2 ua ; P ~ 1318 ans)

• 2014 RV₈₆

Objets en résonance 1:9 (a ~ 130,1 ua ; P ~ 1483 ans)

• 2007 TC₄₃₄
• 2015 KE₁₇₂

Objets en résonance 1:10 (a ~ 139,5 ua ; P ~ 1648 ans)

• 2014 SQ₄₀₃

Objets en résonance 1:11 (a ~ 148 ua ; P ~ 1812 ans)

• (543735) 2014 OS₃₉₄

Autres résonances possibles

3:16 , 5:16 , 5:17 , 8:35 , 10:21 etc.

Coïncidences ou véritables résonances

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

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

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:

${\displaystyle p\cdot \lambda -q\cdot \lambda _{\rm {N}}}$

où p et q sont de petits entiers, λ et λ_N 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]})

${\displaystyle \phi =p\cdot \lambda -q\cdot \lambda _{\rm {N}}-m\cdot \varpi -n\cdot {\it {{\Omega }-r\cdot \varpi _{\rm {N}}-s\cdot \Omega _{\rm {N}}}}}$

où ${\displaystyle \varpi }$ sont les longitudes de périhélie et ${\displaystyle {\it {\Omega }}}$ 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 ${\displaystyle \phi }$ 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

${\displaystyle \phi =3\cdot \lambda -2\cdot \lambda _{\rm {N}}-\varpi }$

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 :

${\displaystyle \phi =p\cdot \lambda -q\cdot \lambda _{\rm {N}}-(p-q)\cdot \varpi }$

Dans ce cas, on peut comprendre l'importance de l'angle de résonance ${\displaystyle \phi \,}$ en notant que, lorsque l'objet est au périhélie, c'est-à-dire quand ${\displaystyle \lambda =\varpi }$, on a alors :

${\displaystyle \phi =q\cdot (\varpi -\lambda _{\rm {N}})}$.

Autrement dit, ${\displaystyle \phi \,}$ 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 ${\displaystyle \phi \,}$, ait une libration d'un angle très différent de 0°

Méthode de classification

Références

Articles connexes

• Planète mineure
• Groupe de planètes mineures
• Objet transneptunien
• Plutino
• Twotino
• Résonance orbitale

• Portail de l’astronomie
• Portail des planètes mineures et comètes
• Portail du système solaire