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Entre 2013 et 2019, la mission Dark Energy Survey (DES) a eu pour objectif de cartographier l’énergie noire et d’étudier sa dynamique afin de mieux comprendre l’expansion de l’Univers et déterminer son accélération. Cependant, les données recueillies ont permis aux astrophysiciens d’identifier plus d’une centaine de planètes mineures au-delà de l’orbite de Neptune. 

Au cours des quatre premières années de résultats du DES, les astronomes ont réussi à identifier 316 planètes mineures, dont 139 sont totalement nouvelles. Les découvertes ont été faites après une réanalyse intensive de ces données, en utilisant de nouvelles techniques qui pourraient aider à trouver plus de planètes mineures dans les confins du Système solaire. Ils pourraient même aider à la recherche de la mystérieuse Planète Neuf.

La DES elle-même est officiellement terminée. Elle s’est déroulée entre août 2013 et janvier 2019, collectant cinq ans et demi de données infrarouges et proche infrarouge sur le ciel austral. Elle étudiait une gamme d’objets et de phénomènes tels que les supernovas et les amas de galaxies pour essayer de calculer l’accélération de l’expansion de l’Univers, qui serait influencée par l’énergie sombre.

Des objets transneptuniens identifiés grâce à la Dark Energy Survey

Mais le haut degré de détails, d’étendue et de précision de la mission s’est avéré utile pour autre chose : repérer des planètes mineures éloignées, une catégorie d’objets qui comprend à peu près tout ce qui n’est pas une planète ou une comète — des astéroïdes aux planètes naines.

Nous savons qu’il y a nombre de ces objets au-delà de l’orbite de Neptune, à une distance d’environ 4.5 milliards de kilomètres du Soleil — 30 fois la distance entre la Terre et le Soleil (donc 30 UA, ou unités astronomiques). À noter qu’un UA correspond approximativement à la distance Terre-Soleil, soit environ 150 millions de kilomètres.

Mais ces objets transneptuniens (TNO) sont difficiles à repérer. Ils sont très petits et très éloignés, et la région dans laquelle ils évoluent est assez sombre. Parce que les TNO se déplacent différemment des galaxies et des rémanents de supernovas, l’équipe a dû trouver un moyen d’identifier ces mouvements à partir des données du Dark Energy Survey.

Plus d’une centaine de nouvelles planètes mineures découvertes

Ils ont commencé avec 7 milliards de points au-dessus du bruit de fond des données qui pourraient être des détections d’objets possibles. Ensuite, l’équipe a exclu les objets qui se trouvaient au même endroit pendant plusieurs nuits, indiquant qu’ils ne se déplaçaient pas comme des TNO. Et la prochaine étape consistait à identifier les objets groupés, à comprendre comment ils se déplaçaient. Toutes ces étapes ont abouti à une liste d’environ 400 candidats qui sont apparus pendant au moins six nuits, et ont ensuite dû être vérifiés.

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etape identification

Les trois étapes du catalogue transitoire. De haut en bas : 1) le catalogue avant le processus de nettoyage. 2)
identification des structures cohérentes. 3) les structures cohérentes sont supprimées, montrant le catalogue final. Notez qu’il reste encore quelques structures cohérentes, mais celles-ci ne représentent désormais qu’une petite minorité du catalogue transitoire total. Crédits : Pedro H. Bernardinelli et al. 2020

Tout d’abord, l’équipe a développé une méthode d’empilement d’images qui a affiné les a affinées afin de clarifier si les spots étaient des TNO ou des erreurs. Ensuite, ils ont utilisé des techniques particulières pour rechercher des TNO connus afin de déterminer la fiabilité de leurs méthodes. C’était un travail très minutieux, et ça a payé. L’équipe a identifié 316 TNO — dont 139 n’avaient jamais été découverts — allant de 30 à plus de 90 UA de distance du Soleil.

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Des résultats qui pourraient amener à la détection de la planète Neuf

Et les mouvements de sept des nouveaux objets sont des TNO extrêmes, avec une distance orbitale moyenne (ou semi-grand axe) supérieure à 150 UA. Si ces TNO extrêmes peuvent être confirmés, ils seront parmi les objets du Système solaire les plus éloignés jamais découverts. Ensemble, les 139 nouveaux objets ajoutent un grand ensemble à la base de données d’environ 3000 TNO connus.

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Détermination des positions et résolution de l’un des TNOs du catalogue. Crédits : Pedro H. Bernardinelli et al. 2020

Les chercheurs mettront à nouveau leurs méthodes à l’épreuve. L’équipe a peaufiné les paramètres de détection et les appliquera aux données d’observation complètes de 5.5 ans du DES ; les techniques révisées pourraient conduire à la découverte de centaines d’autres TNO. Avec de la chance, ils pourraient même trouver des preuves de la planète Neuf, un grand corps qui serait en orbite à une distance d’environ 200 UA.

La façon dont certains TNO tournent autour du Soleil suggère que quelque chose de massif a affecté gravitationnellement leur orbite — mais jusqu’à présent, la planète hypothétique a échappé à la détection.

Sources : The Astrophysical Journal Supplement Series

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