Les petits satellites de Saturne sont-ils les enfants des anneaux ?

Les petits satellites de Saturne sont-ils les enfants des anneaux ?

A partir des observations effectuées avec la mission Cassini, une équipe d'astrophysiciens (Université Paris Diderot, CEA, CNRS, Observatoire de Nice Côte d'Azur/INSU) a réalisé une simulation numérique des processus de formation des satellites de Saturne. Ils ont montré que ces satellites, pourtant bien distincts du système d'anneaux de la planète, en sont issus et poursuivent leur « accrétion », alors que leur formation, comme pour les planètes et les satellites du Système solaire, est réputée achevée depuis plusieurs milliards d'années.
Ces travaux sont publiés dans la revue Nature du 10 juin.

L'étude menée par des astrophysiciens de l'Université Paris Diderot – Paris 7, du CEA-Irfu, du CNRS, de l'Université de Nice Sophia-Antipolis, de l'Observatoire de la Côte d'Azur/INSU et de l'Université de Cambridge, permet d'éclaircir ce mystère. Grâce à une simulation numérique modélisant l'évolution fluide des anneaux et la couplant aux processus de formation des satellites, ils ont montré que les petits satellites de Saturne sont en fait constitués du matériau même des anneaux de Saturne, qui s'est spontanément étalé vers l'extérieur.

D'une certaine manière, ces petits satellites sont en fait des « bouts » d'anneaux condensés en agrégats, il y a quelques millions ou dizaines de millions d'années seulement. En effet, les anneaux de Saturne, comme tout disque astrophysique, s'étalent sous l'effet de leur viscosité. Les intenses forces de marées - c'est-à-dire les interactions entre la planète et les anneaux - maintiennent les anneaux stables. Au-delà d'une certaine distance, ils deviennent instables et se condensent spontanément en agrégats. La zone de transition s'appelle « la limite de Roche », et se trouve justement aux alentours de 138 000 km , là où les anneaux principaux s'arrêtent et où l'on commence à trouver des satellites. Quand les anneaux s'étalent et franchissent cette frontière, des agrégats de matière se forment en quelques centaines d'heures. Ces petits agrégats se rencontrent et peuvent former des corps plus gros (illustration dans la vidéo n°1, voir le site web ci-dessous). Les chercheurs ont montré que ce processus rendait compte à la fois des masses, des tailles mais aussi de l'organisation orbitale des petits satellites de Saturne. Ce processus très lent, toujours à l'œuvre au bord externe des anneaux, explique également la faible densité et la composition chimique des satellites, proche de celle des anneaux.

« Ce nouveau mécanisme de formation de satellites pourrait avoir d'autres applications ailleurs dans le Système solaire : notre Lune se serait formée de manière très similaire par exemple, à partir du disque proto-lunaire », indique Sébastien Charnoz, du laboratoire AIM Paris Saclay (1). « Ces travaux montrent que les processus de formation de nouveaux objets ne sont pas achevés dans le Système solaire, et qu'au bord des anneaux principaux de Saturne (2), en ce moment même, des corps sont en train de naître. » Le même processus explique également l'origine de l'anneau F de Saturne (figure 2). Riche en poussières et situé juste au-delà des anneaux principaux (à 3 000 km ), il se trouve entre les orbites de Prométhée et de Pandore, deux des petits satellites. Cet anneau très dynamique ne serait autre que la signature « poussiéreuse » de ce processus. Même si l'anneau F (figure 2) pourrait avoir toujours existé (car régulièrement réalimenté en petites lunes régulièrement formées), le matériau dont il est constitué ne doit pas avoir plus de dix millions d'années.

Ces travaux sont publiés aujourd'hui dans la revue Nature.

Pour en savoir plus (textes, photos et vidéos 3D) :

http://irfu.cea.fr/Sap/
www.insu.cnrs.fr


© Cassini NASA/JPL/SSI
Petits satellites de Saturne photographiés par la mission Cassini.

Notes :
(1)

Laboratoire AIM : Laboratoire d'Astrophysique, Instrumentalisation-Modélisation (CEA-Irfu, CNRS/INSU, Université de Paris Diderot – Paris 7)

(2) Les anneaux de Saturne se composent d'une zone dense, avec en s'éloignant de la planète les anneaux D, C, B, A qui sont très brillants et des ceintures de poussières, les anneaux F, G, E, situés à des distances à Saturne comprises entre 140 000 et plus de 400 000 km.

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