jeudi 1 avril 2021

Uranus émet des rayons X elle aussi


Uranus émet des rayons X ! Une équipe d'astronomes internationale vient d'annoncer la détection pour la première fois de rayons X en provenance de la géante glacée grâce à des observations du télescope Chandra. Une étude publiée dans Journal of Geophysical Research.

A l'instar de Saturne et de Jupiter, Uranus semble donc elle aussi réfléchir des rayons X du Soleil, ainsi que de produire son propre rayonnement X via des aurores atmosphériques. Les chercheurs ont exploité des observations effectuées avec le télescope à rayons X Chandra sur deux périodes en 2002 et en 2017. Les émissions de rayons X qui ont été observées aux deux époques sont différentes : celle de 2002 est cohérente avec de la rétrodiffusion de rayons X provenant du Soleil, avec des photons dans la plage d'énergie entre 0,6 et 1,1 keV, tandis que celle de 2017 ressemble d'avantage à une "éruption" produite dans Uranus elle-même.
On rappelle qu'Uranus qui est constituée presque exclusivement d'hydrogène et d'hélium, a un diamètre 4 fois plus grand que celui de la Terre et possède deux séries d'anneaux très minces. Elle a en outre la particularité d'être inclinée presqu'à 90° par rapport à son plan orbital. Pour expliquer l'origine de cette émission locale de rayons X, William Dunn (University College, Londres) et ses collaborateurs se tournent vers deux hypothèses. La première implique les anneaux. Les chercheurs prennent en effet pour exemple les anneaux de Saturne dont on connaît le pouvoir de production de rayons X. Saturne possède en effet un gros champ magnétique qui piège en continu de grandes quantités de particules chargées (protons et électrons) et c'est lorsque ces particules collisionnent les grains de glace des anneaux qu'elles peuvent produire des photons énergétiques dans le domaine des rayons X par le processus de fluorescence (excitation puis désexcitation des électrons au sein du cortège électronique des atomes). 
La seconde hypothèse des chercheurs fait intervenir là encore des particules chargées énergétiques mais celles-ci viendraient directement frapper l'atmosphère de la géante pour produire des aurores. Des aurores ont en effet déjà été observées sur Uranus mais dans d'autres longueurs d'ondes. Jupiter connaît également des aurores massives qui produisent des rayons X, et dans son cas elles sont de deux types : celles produites par les électrons et celles produites par les ions et les molécules ionisées qui tombent sur la planète au niveau des pôles. On peut aussi rappeler que les aurores terrestres produisent aussi occasionnellement des rayons X. Dunn et ses collaborateurs rappellent que l'intensité des électrons de 100 keV aux alentours d'Uranus est au moins égale à celle que l'on a mesurée au voisinage de Jupiter et de Saturne.

Evidemment, Uranus est un laboratoire de choix pour étudier les aurores et leur production de rayons X grâce à son orientation très particulière qui nous montre l'un de ces pôles durant plusieurs décennies. Et le champ magnétique d'Uranus est lui aussi un peu particulier car son axe ne correspond pas du tout à l'axe de rotation de la planète. C'est cette orientation spéciale du champ magnétique d'Uranus qui pourrait produire des aurores complexes et très variables. Malheureusement, les chercheurs ont un peu de mal à départager les deux hypothèses, parce que la quantité de photons X qui ont été détectés reste très faible : on parle ici de 5 photons pour l'observation du 7 août 2002 et de 20 photons en tout pour les observations des 11 et 12 novembre 2017 (respectivement 4 et 16 photons en provenance d'Uranus).
Une étude de 2017 avait montré que la majorité des détections d'aurores coïncide avec une augmentation de la pression du vent solaire, ce qui devait être le cas au niveau d'Uranus le 12 novembre 2017. Mais la comparaison de la localisation des quelques photons détectés avec l'ovale de l'aurore calculé ne permet pas vraiment de trancher dans un sens ou dans l'autre. De nouvelles observations seraient nécessaires selon Dunn et son équipe, ne serait-ce que pour couvrir plusieurs rotations complètes de la planète pour tester si le flux de rayons X varie en phase avec l'aurore en rotation dans notre champ de vue.  
Les chercheurs suggèrent d'utiliser l'autre grand télescope X en orbite, XMM-Newton, qui pourrait, lui, déterminer les raies spectrales caractéristiques présentes dans le spectre en énergie si ces rayons X venaient de fluorescence dans les anneaux d'Uranus. Cela permettrait en outre d'explorer la composition chimique de ces anneaux. Quant à Chandra, c'est une utilisation avec de plus grande durée que les astronomes souhaitent désormais, de façon à produire une véritable cartographie du rayonnement X d'Uranus et localiser précisément la ou les zones d'émission préférentielles, avec leur évolution temporelle. Le futur télescope X européen ATHENA X-Ray pourra également être très utile pour ces recherches.

Parmi les planètes de notre système solaire, il ne reste maintenant plus que Neptune à n'avoir jamais montré une émission de rayons X. On peut penser que l'équipe de William Dunn y pense maintenant très fort et prépare des propositions d'observations avec les meilleurs télescopes X, actuels et futurs.

Source

A Low Signal Detection of X‐Rays From Uranus
W. R. Dunn  et al.
Journal of Geophysical Research (31 March 2021)


Illustration

Image Composite de Uranus en 2017 (rayons X: NASA/CXO/University College London/W. Dunn et al; visible : W.M. Keck Observatory)

1 commentaire :

Pascal a dit…

Bonjour,

Si l'atmosphère d'Uranus est constituée à 98 % d'hydrogène et d'hélium, et représente environ la moitié du rayon planétaire, elle reste en revanche très minoritaire en masse, pas plus de 10 % de la masse planétaire, contre au moins les 2/3 pour les "glaces" (H20, NH3, CH4...) et le reste pour le noyau (Fe, Ni, silicates). Cela justifie le terme de géante de glaces pour Uranus (et Neptune).

On pourrait contester le terme de glaces pour des éléments dans un état chaud et fluide dans les conditions de pression et de température de ces planètes, ainsi que celui de géantes gazeuses pour Jupiter et Saturne, pour l'essentiel fluides mais pas gazeuses. Mais les planétologues ont leur vocabulaire spécifique, de même que les astrophysiciens pour qui est métallique tout élément plus lourd que l'hélium...