QUAOAR N'EST PAS UNE BOULE, ET SA LUNE A ÉTÉ PESÉE

Loin au-delà de Neptune, les objets transneptuniens mettent plus de deux siècles à faire le tour du Soleil. La plupart des plus grands ont été découverts au début des années 2000 : nous n’avons donc observé qu’une petite tranche de leur orbite — et nous continuons de les voir presque sous le même angle. Pour (50000) Quaoar, cet angle n’a varié que de 1,7 degré sur l’ensemble des observations utilisées ici. Déduire une forme en trois dimensions d’un seul point de vue, c’est comme deviner la forme d’une pomme de terre d’après son ombre sur un seul mur.

Deux façons de voir une forme lointaine

Les astronomes disposent de deux outils.

• Les courbes de lumière. Quand un objet tourne, son éclat varie. Une sphère ou une boule aplatie se ressemble sous toutes ses faces : sa lumière reste constante — sauf si des taches sombres ou claires à sa surface créent un pic par tour. Un objet étiré dans trois directions, un ellipsoïde triaxial, montre sa plus grande face deux fois par rotation : deux pics par tour.
• Les occultations stellaires. Quand l’objet passe devant une étoile, des observateurs placés sur son trajet voient l’étoile disparaître un instant. Chacun enregistre un trait en travers de la silhouette de l’objet, une « corde ». Plusieurs cordes donnent un instantané du contour ; de nombreuses occultations à différents moments forment une sorte de tomographie.

Quaoar se trouve dans une région du ciel encombrée d’étoiles. C’est une chance pour les occultations — il y en a beaucoup —, mais un handicap pour les courbes de lumière, contaminées par les étoiles voisines. Le meilleur modèle jusqu’ici décrivait Quaoar comme une boule aplatie portant une énorme tache de surface pour expliquer ses variations d’éclat.

Trente-sept ombres

Giuliano Margoti et ses collègues de l’Observatório Nacional et du laboratoire LIneA (Brésil), de l’université technologique fédérale du Paraná, de l’Instituto de Astrofísica de Andalucía (Espagne) et de l’Observatoire de Paris ont mis au point une méthode qui ajuste en même temps les occultations et les courbes de lumière, incertitudes comprises.

Ils lui ont fourni 37 occultations stellaires observées entre 2011 et 2025 — 108 cordes, 214 points sur le bord de Quaoar —, une courbe de lumière de 2003 retraitée avec des outils modernes, et de nouvelles mesures du télescope spatial Hubble en 2024 et 2025. Une hypothèse ancre le modèle : Quaoar tourne autour du même axe que ses anneaux.

La forme ajustée de Quaoar face à chacune des 37 occultations de 2011 à 2025 : en bleu, les cordes où l’étoile a disparu ; en rouge, leurs incertitudes ; en tirets verts, les observateurs les plus proches qui n’ont rien vu. — Figure 4, Margoti et al. (2026), arXiv:2610.30494.

Un monde étiré

Réponse : Quaoar est triaxial. Ses trois demi-axes mesurent environ 621, 547 et 512 kilomètres — soit à peu près 1 241 sur 1 093 sur 1 023 km d’un bout à l’autre. Son volume équivaut à celui d’une sphère de 1 116 km de diamètre, et sa densité est de 1,66 gramme par centimètre cube. Il fait un tour sur lui-même en 17,68 heures environ, et la forme étirée suffit à reproduire les courbes de lumière de 2003 et de Hubble avec la même période. L’ajustement aux bords mesurés par les occultations est serré : une dispersion pondérée de 2,1 km.

Les auteurs expliquent pourquoi ils préfèrent désormais cette forme à la forme aplatie. L’ancien modèle exigeait une tache couvrant près de la moitié d’un hémisphère, difficile à produire naturellement, et deux périodes de rotation légèrement différentes pour les deux courbes de lumière. La forme triaxiale n’a besoin ni de l’une ni des autres.

Peser Weywot grâce à une oscillation

Quaoar a une petite lune, Weywot. Les prévisions de position de Quaoar suivent le centre de masse du couple, mais une occultation situe le centre de Quaoar lui-même. Comme Weywot a une certaine masse, Quaoar se balance légèrement autour de ce centre commun, à l’opposé de sa lune. En comparant les décalages mesurés de Quaoar à la position de Weywot lors de chaque événement — observée directement lors de deux occultations où les deux corps ont été captés —, on obtient le rapport de leurs masses.

Résultat : Weywot pèse environ 1,5 × 10¹⁸ kilogrammes, à peu près un millième de la masse de Quaoar. Sa densité ressort à 0,95 ± 0,60 gramme par centimètre cube, un chiffre peu précis car la taille de Weywot est incertaine. L’oscillation ne fait que quelques millièmes de seconde d’arc, trop peu pour les mesures individuelles du satellite Gaia sur un objet aussi faible, mais à la portée des occultations, souvent précises à mieux que deux millièmes.

Des anneaux accordés à la rotation

La nouvelle forme compte aussi pour ce qui tourne autour de Quaoar. Sa gravité est plus déséquilibrée qu’on ne le pensait — le coefficient concerné vaut environ trois fois l’estimation précédente. Dans les simulations de l’équipe, toute matière à moins d’environ 2,4 rayons de Quaoar est éliminée en moins de trois ans : de petites lunes ne peuvent survivre que plus loin. L’anneau intérieur, le plus ténu, se trouve à moins de 20 km d’une résonance 5:7 avec la rotation de Quaoar — à cette distance, une particule de l’anneau fait cinq tours pendant que Quaoar tourne sept fois sur lui-même —, et l’anneau principal, à l’extérieur, peut être relié à une résonance 2:6 si ses particules suivent des orbites allongées — ce qui pourrait aussi expliquer pourquoi la largeur de cet anneau varie tout autour de Quaoar. Les auteurs signalent une réserve : ils ont traité Quaoar comme homogène à l’intérieur, alors qu’il s’est probablement en partie séparé en couches, sans que cela, selon eux, change qualitativement leurs conclusions.