EDGEWORTH-KUIPER CEINTURE D'

Nombre d'objets et masse de la ceinture

Combien d'objets résident-ils dans la ceinture d’Edgeworth-Kuiper ? En 2007, les scientifiques estimaient que 70 000 objets d'un diamètre supérieur à 100 kilomètres devaient être présents dans une ceinture s'étendant entre l'orbite de Neptune (30 ua environ) et 50 ua du Soleil. La masse totale de ces objets serait égale à 30 % de la masse terrestre.

Cependant, les objets découverts depuis le sol sont seulement les objets les plus brillants de la ceinture d’Edgeworth-Kuiper. Mais d'autres objets plus faibles ont aussi été détectés depuis l'espace, grâce notamment au télescope spatial Hubble. Les chercheurs estiment que 200 millions d'objets de 10 à 20 kilomètres de diamètre, c'est-à-dire gros comme le noyau de la comète de Halley, devraient résider dans la ceinture d’Edgeworth-Kuiper entre 30 et 50 ua du Soleil.

Une autre estimation provient du nombre d'objets nécessaires pour reproduire la population observée de comètes à courte période. D'après des simulations numériques, la ceinture d’Edgeworth-Kuiper doit contenir 6,7 milliards de comètes de diamètre au moins égal à 2 kilomètres. Une autre manière de quantifier la masse de la ceinture d’Edgeworth-Kuiper consiste à mesurer les perturbations gravitationnelles que celle-ci produit sur d'autres corps dans le système solaire : les sondes Voyager-1 et 2 et Pioneer-10 et 11 traversent actuellement la ceinture d’Edgeworth-Kuiper, et l'analyse de leurs trajectoires a révélé les premiers indices de perturbations gravitationnelles provoquées par des milliards de comètes.

L'assemblage de toutes ces données permet d'estimer une distribution des masses des objets de Kuiper. Les découvertes dans l'intervalle de magnitudes entre 23 et 25 sont compatibles avec une distribution différentielle des tailles du type N(D) = D^–3, où N est le nombre de corps de diamètre D, et avec une distribution de densité diminuant avec l'augmentation du carré de la distance au Soleil. Une estimation dans l'intervalle de magnitudes entre 20 et 25 implique une distribution plus pentue des tailles : N(D) = D^–4, avec une incertitude de ± 0,5 sur la valeur de l'exposant. Une telle distribution des tailles s'accorderait avec l'existence d'un seul objet de la taille de Pluton (c'est-à-dire lui-même !). En réalité la distribution pourrait correspondre à deux lois de puissance dont la valeur de l'exposant dépendrait de l'intervalle des tailles considéré : 3 pour les corps de 10 à 20 kilomètres de rayon et 4,5 pour les corps plus grands. La masse totale de la ceinture située entre 30 et 50 ua serait alors légèrement plus grande que celle de Mercure, bien plus faible par conséquent que celle à laquelle on pourrait s'attendre si tous les corps étaient restés présents depuis la création du système solaire. Il est donc probable que les objets qui se sont formés au-delà de Neptune ont subi une histoire collisionnelle violente et se sont réduits mutuellement en poussière lors d'impacts répétés. De plus, de nombreux corps ont probablement été éjectés de la ceinture à la suite de rencontres avec les planètes externes.

Ainsi, toutes les incertitudes sur la distribution des tailles des objets de Kuiper reflètent les incertitudes sur l'estimation de la masse totale : selon Brian Marsden, la masse totale de la ceinture intérieure à 50 ua devrait se situer entre 0,06 et 0,25 masse terrestre ; selon Weissman et Levison, elle devrait être égale à 0,07 masse terrestre ; Jewitt la situe entre 0,12 et 0,26 masse terrestre. En tout état de cause, la masse de la ceinture ne devrait pas dépasser 0,5 masse terrestre à 40 ua et 1,3 masse terrestre à 50 ua ; dans le cas contraire, en effet, des perturbations du mouvement de la comète de Halley auraient[...]