Première observation de rayons X émis par Uranus

Uranus est la septième planète la plus éloignée du Soleil, 19 fois plus que la Terre. Elle n’a jusqu’à présent reçu la visite que d’une seule sonde : Voyager 2, qui l’a survolée en 1986. En attendant une éventuelle future autre sonde, les astronomes utilisent des instruments beaucoup plus proches de la Terre, comme les télescopes spatiaux Chandra et Hubble, pour en savoir plus sur cette planète.

Des émissions de rayons X avait déjà été détectées pour toutes les planètes du système solaire à l’exception des géantes glacées que sont Uranus et Neptune. Grâce à Chandra, les astronomes ont désormais détecté des rayons X provenant d’Uranus. Ce résultat pourrait aider les scientifiques à en savoir plus sur cette planète.

Uranus sous le regard de Chandra

Pour repérer ces rayons X, une équipe internationale menée par William Dunn, de l’University College London (Royaume-Uni), a utilisé des observations d’Uranus faites avec Chandra le 7 août 2002, puis les 11 et 12 novembre 2017. Leurs résultats sont décrits dans un article paru le 31 mars dans le Journal of Geophysical Research.

Dans cette nouvelle étude, Dunn et ses collègues expliquent avoir repéré une détection claire de rayons X provenant de la planète dans la première observation, ainsi qu’une possible éruption de rayons X dans celles effectuées quinze ans plus tard. L’image ci-dessous montre les rayons X observés par Chandra en 2002 (en rose) superposés à une photographie optique du télescope Keck-I obtenue dans une étude distincte en 2004. Cette dernière montre la planète à peu près dans la même orientation qu’elle avait lors des observations de Chandra en 2002.

Les astronomes avaient déjà observé que Jupiter et Saturne diffusent les rayons X émis par le Soleil, de la même manière que l’atmosphère terrestre diffuse la lumière du Soleil. De ce fait, les auteurs de la nouvelle étude s’attendaient initialement à ce que la plupart des rayons X d’Uranus proviennent également de la diffusion. Cependant, les observations suggèrent qu’au moins une autre source de rayons X est présente.

Anneaux, aurores… des rayons X made in Uranus ?

Une première possibilité est que les anneaux d’Uranus produisent eux-mêmes des rayons X, ce qui est le cas des anneaux de Saturne. Uranus est entourée de particules chargées, tels que des électrons et des protons, dans son environnement spatial proche. Si ces particules énergétiques entrent en collision avec les anneaux, elles pourraient faire briller ces derniers dans les rayons X.

Une autre possibilité est qu’une partie au moins de ces rayons X proviennent d’aurores sur Uranus, un phénomène qui a déjà été observé sur cette planète à d’autres longueurs d’onde. Des rayons X émis dans les aurores de la Terre ont déjà été détectés, de même que dans les aurores de Jupiter. Sur Terre, ces rayons X sont produits par des électrons énergétiques après avoir parcouru les lignes de champ magnétique de la planète jusqu’à ses pôles et après avoir été ralentis par l’atmosphère. Les rayons X des aurores sur Jupiter proviennent eux de deux sources : les électrons suivant les lignes de champ magnétique, comme sur Terre, et les atomes et molécules chargés positivement pleuvant dans les régions polaires de Jupiter. Cependant, les scientifiques sont moins certains de ce qui cause les aurores sur Uranus. Les observations de Chandra pourraient aider à comprendre ce mystère.

Uranus, un modèle pour des objets plus exotiques

Uranus est une cible particulièrement intéressante pour les observations en rayons X en raison de l’orientation inhabituelle de son axe de rotation et de celle de son champ magnétique. Contrairement aux autres planètes du système solaire, dont ces deux axes sont presque perpendiculaires au plan de leur orbite, l’axe de rotation d’Uranus est presque parallèle à sa trajectoire autour du Soleil. De plus, son champ magnétique est incliné d’un angle différent et décalé par rapport au centre de la planète. Cela pourrait rendre ses aurores singulièrement complexes et variables. La détermination des sources des rayons X d’Uranus pourrait aider les astronomes à mieux comprendre comment des objets plus exotiques dans l’espace, tels que des trous noirs et des étoiles à neutrons en croissance, émettent des rayons X.