Un groupe d’astronomes a identifié 128 nouvelles lunes orbitant autour de Saturne, portant ainsi à 274 le nombre total de satellites naturels connus de la planète. Faisant en moyenne quelques kilomètres de diamètre, ce sont toutes des lunes irrégulières, nées de violentes collisions entre d’autres satellites naturels plus grands et/ou d’autres objets, il y a environ 100 millions d’années.
Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune, les quatre planètes géantes du système solaire, possèdent toutes des lunes irrégulières, capturées par leur gravité au cours de leurs derniers stades de formation. Ces lunes se distinguent de leurs homologues réguliers par leurs orbites elliptiques et leurs axes de rotation très inclinés. Elles sont également généralement rétrogrades, c’est-à-dire qu’elles tournent dans le sens opposé de celui de leurs planètes hôtes.
Saturne possède à la fois le plus grand nombre de satellites naturels et de lunes irrégulières parmi les planètes du système solaire. Découverte en 1898, Phoebe est la première lune irrégulière saturnienne à avoir été identifiée. Un peu plus de 100 ans plus tard, des dizaines d’autres ont été recensées grâce à des instruments de pointe, tels que le télescope Subaru, à Hawaï. En 2023, 122 lunes saturniennes irrégulières étaient connues.
Des objets nés de plusieurs collisions indépendantes ?
Les astronomes pensaient initialement que les lunes irrégulières de Saturne s’étaient toutes formées à partir de la fragmentation d’une seule grande lune, à l’instar de certains groupes d’objets dans la ceinture d’astéroïdes. Cependant, certains groupes sont trop dispersés pour résulter d’une seule collision. D’autre part, le rapport entre le nombre de grandes et de petites lunes apparaît déséquilibré. Leurs orbites rétrogrades suggèrent en outre qu’il s’agissait à l’origine d’objets capturés gravitationnellement.
D’autres groupes de chercheurs ont alors émis l’hypothèse qu’elles pourraient être nées de multiples collisions indépendantes, ou de collisions de deuxième génération entre les fragments issus des premières, voire d’une combinaison des deux scénarios. Des tentatives de regroupement ont été initiées sur cette base, mais les études antérieures ne disposaient que d’une fraction des lunes irrégulières saturniennes, ce qui limitait la précision des modélisations.
Pour combler ces lacunes, une équipe internationale codirigée par l’Institut d’astronomie et d’astrophysique de l’Academia Sinica, à Taïwan, a mené une vaste campagne d’observation autour de Saturne entre 2019 et 2021. Une première campagne a permis d’identifier 64 nouvelles lunes irrégulières, ainsi qu’un nombre significatif d’autres objets qui, à l’époque, n’avaient pas encore pu être confirmés comme des lunes. Les résultats de ces observations ont été publiés sur le serveur de prépublication arXiv.
« Sachant qu’il s’agissait probablement de lunes et qu’il y en avait d’autres à découvrir, nous avons revisité les mêmes champs célestes pendant trois mois consécutifs en 2023 », explique Edward Ashton, auteur principal de l’étude et chercheur postdoctoral à l’Institut d’astronomie et d’astrophysique de l’Academia Sinica, dans un communiqué. Titulaire d’un doctorat en astronomie de l’Université de Colombie-Britannique, il est l’un des principaux artisans de cette découverte.
Une collision dans une région précise
Pour mener leurs observations, Ashton et ses collègues ont utilisé le télescope Canada-France-Hawaï (TCFH), combinant plusieurs images à haute résolution pour améliorer la détection des objets. Les analyses ont montré que les objets non identifiés lors de la première campagne d’observation étaient effectivement des lunes irrégulières. Au total, 128 nouvelles lunes ont été recensées, ne mesurant en moyenne que quelques kilomètres de diamètre.
« Notre campagne pluriannuelle soigneusement planifiée a permis de découvrir une multitude de nouvelles lunes qui nous renseignent sur l’évolution de la population de satellites naturels irréguliers de Saturne », affirme Ashton. Les chercheurs estiment que ces lunes sont toutes nées d’une ou de plusieurs collisions relativement récentes à l’échelle astronomique, c’est-à-dire survenues au cours des 100 derniers millions d’années. Autrement dit, elles seraient probablement les fragments d’un plus petit nombre de grandes lunes entrées en collision soit entre elles, soit avec d’autres objets, comme des comètes de passage.
Le nombre plus élevé de petites lunes par rapport aux grandes suggère que cette collision s’est produite au cours des 100 derniers millions d’années. Si elle avait eu lieu plus tôt, les fragments auraient probablement été réduits à l’état de poussière, entraînant une diminution significative du nombre de lunes irrégulières.
La majorité des 128 nouvelles lunes se situent à proximité du sous-groupe de Mundilfari, un sous-ensemble du groupe nordique, qui rassemble plusieurs lunes irrégulières à orbites rétrogrades. La forte concentration de petites lunes dans cette région renforce l’hypothèse d’une collision locale.
« Ces études révèlent que les planètes géantes ont capturé des lunes de taille moyenne il y a plus de 4 milliards d’années, lors de leur formation, et que nous observons aujourd’hui des lunes qui sont pour la plupart des fragments de ces lunes initialement capturées », explique Brett Gladman, professeur au département de physique et d’astronomie de l’Université de Colombie-Britannique et coauteur de l’étude.
Pour le moment, l’Union astronomique internationale désigne ces nouvelles lunes par des chiffres et des lettres. Il est possible que des noms leur soient attribués ultérieurement. Quant à la possibilité de découvrir d’autres satellites naturels, Ashton estime qu’« avec la technologie actuelle, il est peu probable que nous puissions aller beaucoup plus loin dans la détection de lunes autour de Saturne, Uranus et Neptune ».