Certaines lunes pourraient avoir leurs propres lunes

La lune de Saturne Iapetus, visible sur cette photo de la sonde spatiale Cassini, est l'une des quatre lunes du système solaire pouvant potentiellement contenir des sous-lunes sur des orbites stables. 
NASA / JPL-Caltech / Institut des sciences spatiales.

Quatre satellites du système solaire - et une exolune présumée - pourraient être assez grands et assez éloignés de leur monde d'origine pour conserver des lunes minuscules pendant des milliards d'années.

Les lunes, les planètes et les étoiles semblent suivre une hiérarchie claire: les lunes orbitent les planètes et les planètes en orbite. Mais deux chercheurs se demandent maintenant si une lune peut avoir ses propres lunes.

Si la lune primaire est assez grande ou tourne assez loin de sa planète, une «sous-lune» pourrait survivre sur des orbites stables pendant des milliards d'années, ont annoncé les chercheurs le 8 octobre sur la préimpression astronomique arXiv. De plus, certaines des lunes de notre propre système solaire semblent correspondre à ce système.

«À l'origine, je répondais à une question que mon fils m'avait posée il y a quatre ans», explique Juna Kollmeier (Observatoires Carnegie), qui a coécrit le document avec Sean Raymond (Université de Bordeaux, France). Les preuves de plus en plus nombreuseslune de la taille de Neptune en orbite autour de l'exoplanète de la taille de Jupiter, Kepler-1625b, ont incité les chercheurs à transmettre leurs idées à la communauté.

Pour une sous-lune, le défi consiste à trouver une orbite équilibrant les influences concurrentes de la lune parente et de la planète hôte. Une sous-lune élèverait des marées sur la lune qu’elle orbiterait, ce qui lui ferait un retour et changerait d’orbite. Une planète proche complique les choses en jouant gravitationnellement avec la vitesse à laquelle la lune tourne, ce qui modifierait également l'orbite de la  sous-lune.

«Il existe une zone Goldilocks où vous avez des orbites stables», explique Kollmeier. «Si la sous-lune se rapproche trop, elle va s'écraser sur sa lune hôte. Si elle tourne trop loin, elle devient gravitationnellement non liée. "

Kollmeier et Raymond ont calculé, à partir d'analyses précédentes de lunes entourant des planètes adossées à leurs étoiles, la taille de la lune nécessaire pour conserver une sous-lune d'environ 10 km de large par rapport à l'âge du système solaire. 4,6 milliards d'années. Les résultats varient - plus la lune est grosse, par exemple, plus elle peut être proche de la planète. Dans quelques cas, cependant, il existe une confluence de la taille de la lune et de l’orbite dans laquelle une sous-lune pourrait survivre.

Quatre lunes de notre système solaire sont qualifiées: la lune de la Terre; Callisto, la lune de Jupiter; et deux des lunes de Saturne, Iapetus et Titan. Le satellite gonflé de Kepler-1625b pourrait également fonctionner, même si les chercheurs ont noté que l'inclinaison apparemment élevée de l'orbite de la lune pourrait entraîner des complications.

Selon Alex Teachey (Université de Columbia), l'idée qu' un satellite autour de Kepler-1625b n'est pas une idée folle de même que l'idée qu'une lune puisse avoir un compagnon. «La physique derrière le calcul de la stabilité d'un sous-marin… est simple», dit-il. Bien qu'il note qu'il serait impossible de détecter les sous-lunes dans d'autres systèmes solaires dans un avenir proche, même un satellite d'une lune de la taille de Neptune serait probablement plus petit que la planète naine Cérès.

«Une question plus intéressante est de savoir si nous pourrions détecter l'un de ces objets dans notre système solaire ou s'il pourrait exister des preuves de la présence de l'une de ces sous-lunes», déclare Teachey. Certains chercheurs ont émis l'hypothèse que la crête haute de 20 km qui entoure la lune de Saturne, Iapetus , serait peut-être le reste d'une sous-lune déchiré par la gravité du satellite, qui aurait ensuite plu à la surface. "C'est une hypothèse très intrigante."

Références : 

• JA Kollmeier et SN Raymond. «Les  lunes peuvent-elles avoir des lunes? ”ArXiv.org. 8 octobre 2018.
• AJ Dombard et al. " Retard de la formation de la crête équatoriale sur Iapetus à partir d'un sous-satellite créé lors d'un impact géant ." Journal of Geophysical Research: Planets" . 7 mars 2012.

Article de Christopher Crokett, paru sur Sky & Telescopes, et traduit à l'aide de Google Traductions avec d'éventuelles correction de Michel Lambours.