Les petits corps dans le Systme Solaire externe

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Geometrie d’Haumea et de son anneau

Geometrie du corps central Les temps de disparition de l’etoile derriere le corps central (immersion) et de reapparition (emersion), permettent de generer les cordes pour chaque site d’observation, le trajet de l’etoile par rapport a Haumea projete dans le plan du ciel pendant l’occultation. Les extremites des cordes revelent le limbe d’Haumea projete dans le ciel (comme sur la Figure 3.5). On peut alors determiner le limbe d’Haumea, en ajustant une ellipse sur ces points, comme explique dans la Section 3.4. Nous avons observe une occultation par le corps principal dans 8 stations ce qui conduit a 16 extremites de cordes. Or l’ellipse ajustee a 5 parametres libres (section 3.4), donc nous avons assez de points pour determiner le limbe apparent d’Haumea. La Figure 6.4 montre les cordes projetees dans le plan du ciel, ainsi que l’ellipse optimale s’ajustant aux extremites. Les valeurs trouvees sont pour les parametres optimaux de l’ellipse sont: pour le demi-grand axe apparent a0 = 1704 ± 4 km, pour le demi petit axe apparent b0 = 1138 ± 26 km
(attention de ne pas confondre les demi-axes apparents, grandeurs primees dans ce manuscrit, correspondant au limbe d’Haumea projete dans le plan du ciel, et les axes du corps tri-axial reel tel que a > b > c), l’angle de position du demi petit axe apparent Plimb = −76.3 ± 1.2 (compte positivement vers l’Est et le Nord celestes). Par ailleurs, le centre de cette ellipse fournit le decalage entre l’ephemeride de Haumea et sa position reelle sur le ciel, en supposant une position donnee de l’etoile (voir Table 6.1). Nous avons ainsi deduit un decalage de (+163 mas, +39 mas) (observe moins calcule par l’epemeride JPL#81) en ascension droite et declinaison,  espectivement. Ce decalage sera utilise pour ameliorer la precison les elements orbitaux du corps, en particulier lorsque le catalogue Gaia DR2 sera publie, permettant de reduire l’incertitude sur la position de l’etoile a une fraction de mas. Elle est actuellement de quelques mas, et domine l’incertitude sur le decalage cite plus haut. On voit sur la Figure 6.4 que les centres du limbe d’Haumea et de l’ellipse des anneaux concident au niveau 1. Ceci qui est un argument fort en faveur de la presence d’un anneau circulaire entourant la planete naine. Ce limbe trouve gr^ace a l’occultation est en fait une projection 2D de Haumea, considere lui-m^eme comme un ellipsode tri-axial. Les occultations ne peuvent pas nous donner d’informations supplementaires sur la forme reelle du corps. En revanche, si on lie les occultations a la courbe de lumiere rotationnelle, on peut estimer les 3 axes d’Haumea (a > b > c). Ortiz et al. (2017) ont donc calcule la phase d’Haumea (sa periode de rotation etant tres bien denie, Rabinowitz et al. 2006) au moment de l’occultation. Il s’avere qu’Haumea etait dans un minimum de luminosite donc sa surface projetee dans le ciel etait a son minimum. On ne voyait quasiment que les axes b et c. On deduit donc qu’Haumea est un ellipsode tel que a = 1161 ± 30 km, b = 852 ± 4 km, et c = 513 ± 16 km. Connaissant sa masse, mH = (4.006 ± 0.040)1021 kg (Ragozzine and Brown, 2009), on peut en deduire sa densite: 1885±80 kg m−3. Cette densite est calculee en supposant que l’anneau ne contribue pas a la luminosite du systeme. En supposant qu’il contribue a 5% a la luminosite, on obtient une densite de 1757 kg m−3. Ces deux valeurs de ensite sont tres inferieures aux 2600 kg m−3 calcules par Rabinowitz et al. (2006) et sont plus coherentes avec les densites calculees pour des corps similaires a Haumea dans le Systeme Solaire (Ortiz et al., 2012; Carry, 2012; Stansberry et al., 2012).Geometrie de l’anneau On suppose ici que l’anneau est circulaire, donc que sa projection dans le plan du ciel est une ellipse. De la m^eme facon que pour le limbe d’Haumea.

Autres resultats deduits de cette occultation

Recherche d’une atmosphere autour d’Haumea :
A partir des occultations par le corps principal, on peut etudier l’existence d’une atmosphere autour d’Haumea. Des limites superieures a une possible atmosphere ont pu etre deduites d’occultations stellaires pour Quaoar (Braga-Ribas et al., 2013) et Eris (Sicardy et al., 2011) et une etude de l’atmosphere de Pluton et de son evolution dans le temps a pu ^etre conduite (Dias-Oliveira et al., 2015; Sicardy et al., 2016b). En eet, en cas de presence d’atmosphere globale (comme sur Pluton ou Triton), la disparition de l’etoile derriere le corps principal se fera de facon graduelle. Or cette attenuation progressive n’est pas visible sur les courbes de lumiere observees pendant cette occultation (voir Figure 6.3). Donc il n’ y a pas d’atmosphere globale autour d’Haumea, comme celle qu’on observe sur Pluton ou Triton. On peut neanmoins determiner des limites superieures de pression pour des atmospheres dominees par l’azote (comme sur Pluton) ou par le methane. En eet ces deux especes volatiles se subliment a des distances heliocentriques proches de celle ou se trouve Haumea actuellement. En utilisant la courbe d’Asiago (qui a le meilleur S/B), Ortiz et al. (2017) ont determine qu’il n’existe pas d’atmosphere dominee par l’azote de plus de 3 nbar a la surface (niveau 1), et de plus de 10 nbar en cas d’atmosphere dominee par le methane. Notons que ces chires sont plusieurs ordres de grandeur en-dessous des valeurs plutoniennes (typiquement 10 μbar, soit 10000 nbar, a la surface). Position de l’anneau,et de la resonance 3/1?
Comme mentionne par Ortiz et al. (2017), l’anneau se situe a l’interieur de la limite de Roche d’Haumea, en supposant que les particules sont composees de glace sous-dense comme dans les anneaux de Saturne (soit une densite de l’ordre de 500 kg m−3). Il est donc susamment proche d’Haumea pour emp^echer toute accretion, et donc maintenir la materiau sous forme d’anneau.
Ces auteurs remarquent par ailleurs que l’anneau se trouve (aux barres d’erreur pres) au rayon correspondant a la resonance 3/1 avec Haumea, soit r3/1 = 2285±8 km. cette distance, une particule dans l’anneau complete une revolution autour du corps lorsque Haumea eectue trois rotations sur elle-m^eme. Il est interessant de noter que les anneaux de Chariklo semblent egalement proches de la resonance 3/1 (Leiva et al., 2017). Cette derniere est une resonance d’ordre 2, donc a priori de faible intensite. Des calculs restent donc a faire pour evaluer la pertinence de la proximite des anneaux et de la resonance 3/1 quant a la dynamique des anneaux autour de ces petits corps.

Table des matières

Table des matires
Liste des gures
Liste des tableaux
Resume
Introduction
1 Etude des petits corps du Systme Solaire
1.1 Les petits corps dans le Systme Solaire externe
1.2 Pourquoi etudier les petits corps du Systme Solaire externe ?
1.3 La methode des occultations stellaires
2 Predictions et campagnes d’observations
2.1 Predictions
2.2 Organisation des campagnes
2.3 Materiel d’observation
3 Reduction des donnees d’occultation
3.1 Reduction des images
3.2 Construction d’un prol synthetique d’anneau
3.3 Paramtres physiques des anneaux deduits des prols synthetiques
3.4 Reconstruction de la forme du corps
4 Occultations positives par Chariklo
4.1 Presentation de Chariklo et de la decouverte des anneaux
4.2 Legendes et explications des sections suivantes
4.3 3 juin 2013
4.4 16 fevrier 2014
4.5 16 mars 2014
4.6 29 avril 2014
4.7 28 juin 2014
4.8 26 avril 2015
4.9 12 mai 2015
4.10 25 juillet 2016
4.11 8 ao^ut 2016
4.12 10 ao^ut 2016 – 14h UT
4.13 10 ao^ut 2016 – 16h UT
4.14 15 ao^ut 2016
4.15 1er octobre 2016
4.16 8 fevrier 2017
4.17 9 avril 2017
4.18 22 juin 2017
5 Structure des anneaux de Chariklo
5.1 Variation de la largeur radiale de C1R
5.2 Structure interne dans C1R
5.3 Etude de la geometrie et du p^ole des anneaux
5.4 Bords abrupts des anneaux
5.5 Proprietes integrales des anneaux : largeur et profondeur equivalentes
5.6 Etude de C2R
5.7 Etude du corps central
5.8 Recherche de materiel orbitant autour de Chariklo
6 Un anneau autour d’Haumea
6.1 Presentation d’Haumea
6.2 L’occultation d’une etoile faible au dessus de l’Europe
7 Conclusion et perspectives dans l’ere Gaia
Annexes
7.1 Corps suivis par notre equipe
7.2 Article en revision pour Astronomical Journal
Nomenclature
Bibliographie

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