Projet ANR-11-IS56-0002 – Beyond Neptune II : L’exploration du Système Solaire externe par occultations stellaires
Programme : Blanc International II - SIMI 5-6 - Environnement, Terre et Espace (Blanc Inter II SIMI 5-6)
Année de financement : 2011
Coordinateur du projet : Monsieur Bruno Sicardy (OBSERVATOIRE DE PARIS)
Partenaires : Laboratoire d'Études Spatiales et d'Instrumentation en Astrophysique
Montant : 352560.0 euros
Date de début : 2012
Durée : 36 mois
Résumé : Beyond Neptune IIL’exploration du Système Solaire externe par occultations stellaires
Une meilleure connaissance du Système Solaire externeEnjeux: donner les caractéristiques physiques des objets orbitant au-delà de Neptune (OTNs). Contraindre ainsi les modèles de formation et d'évolution de notre système solaire. Objectifs: (1) donner la forme des gros OTNs, (2) en déduire leur albédo, densité et état rotationnel, (3) détecter et sonder leur atmosphère, (4) donner la distribution de taille des petits OTNs.
Les occultations stellaires par les Objets Trans-NeptuniensMéthodes: (1) prédire les occultations stellaires par de gros OTNs avec une très haute précision angulaire. (2) Détecter des occultations par de petits OTNs avec instrument multi-fibre et à haute cadence d'acquisition.Approches: (1) organiser des campagnes d'observation d'occultations par de gros OTNs, (2) utiliser l'nstrument multi-fibres Miosotys, et les données du satellite COROT pour détecter de petits OTNs (tailles kilométriques).
Résumé de la soumission : Le système solaire au-delà de Neptune est un monde mystérieux qui contient des débris du disque proto-planétaire primordial. A ce titre, il nous apporte des informations cruciales sur les premières étapes de la formation de notre système solaire.Nous proposons d'explorer la ceinture des Objets Trans-Neptuniens - ou Objets de la ceinture de Edgeworth-Kuiper (EKBOs) - par la méthode des occultations stellaires. Nous avons acquis une expérience et un leadership dans un domaine où très peu d'équipes travaillent actuellement dans le monde.Dans les trois dernières années nous avons joué un rôle pionnier dans les prédictions, les observations et l'analyse des occultations stellaires par les corps lointains du système solaire. Nous avons également développé ou acquis ce qui se fait de mieux en terme d'instrumentation rapides et sensibles pour les campagnes d'observations à venir.Ces contributions significative sont confirmées par nos récentes observations d'occultations stellaires par (20000) Varuna, 2003 AZ84  et la planète naine Eris. Ceci nous a fourni les formes, les propriétés de surface et des limites d'amosphères de ces corps, tout en battant les records des distances atteintes lors d'occultations stellaires. Parallèlement, nous avons construit un photomètre rapide multi-fibres innovant (MIOSOTYS), qui pourra découvrir de nouveaux phénomènes astrophysiques intéressants à courte échelle de temps.Forts de cette expertise, nous proposons maintenant un projet à deux volets pour poursuivre et amplifier ces contributions.Un premier volet est l'étude des EKBOs connus via des occultations prédites à l'avance. Ceci nous permettra de (a) suivre les changements climatiques de Pluton (et de son jumeau Triton), (b) améliorer les éléments orbitaux de ses satellites, (c) mesurer la taille et la forme d'EKBOs avec une précision sub-kilométrique, en améliorant les déterminations de paramètres physiques fondamentaux comme leur densité et leur albédo, et (d) découvrir d'autre EKBOs avec atmosphère. L'autre volet de la demande concerne la détection de petits EKBOs (taille 0.1-1km) par occultations stellaires aléatoires. Ceci nous permettra de (a) reconstituer la structure verticale et radiale de la ceinture de Edgeworth-Kuiper (et possiblement, du nuage de Oort) et (b) déduire la distribution de taille de ces petits objets, un paramètre important pour contraindre les scenarii de formation du système solaire extérieur. Pour cela, nous voulons développer un instrument multi-objets (UltraPhot) pour le très grand télescope (VLT) ESO "Kueyen" au Cerro Paranal, Chili, afin d'effectuer la photométrie simultanée de plusieurs centaines d'étoiles, en collaboration avec nos collègues de la National Tsing Hua University (NTHU) à Taiwan.Mots clefs: Instrumentation en Astrophysique, Observations Optiques, Objets Trans-Neptuniens
Résultats : Depuis janvier 2012, environ 50 campagnes d'occultations par de gros OTNs. Détections de 6 occultations par Pluton, et de 6 occultations par 2003 AZ84, 2002 KX14, Quaoar, Varuna et Sedna.
Observations à l'Observatoire de Haute Provence et Calar Alto avec l'instrument multi-fibres Miosotys. Analyse des données du satellite COROT mettant en évidence des OTNs de tailles kilométriques, et contraignant leur distribution en taille.
Perspectives : Monitorer l'évolution de l'atmosphère de Pluton avant le survol de la sonde NASA New Horizons en juillet 2015.
Détecter une atmosphère autour d'un corps autre que Pluton.
Observer d'autres occultations de gros OTNs pour contraindre leur taille.
Développer des instruments multi-fibres pour détecter plus de petits OTNs.
Publications et brevets : Publication d'une lettre dans Nature (22 novembre 2012) sur la forme et l'albédo de Makemake, le 3ème plus gros OTN connu à ce jour. Limite supérieure d'environ 10 nanobars pour son atmosphère.
Soumission d'un article à Astrophys. J. sur la forme, la densité, l'albédo et la limite supérieure pour son atmosphère.