(20000) Varuna, désignation provisoire , est un objet transneptunien massif d'environ de diamètre et une planète naine potentielle de la ceinture de Kuiper. Il a été découvert en par l'astronome américain Robert McMillan durant un relevé Spacewatch à l'observatoire de Kitt Peak. Il est nommé d'après la divinité hindoue Varuna, qui est l'une des plus vieilles divinités mentionnées dans les textes védiques.
La courbe de lumière de Varuna indique qu'il s'agit d'un ellipsoïde de Jacobi, ayant une forme allongée en raison de sa rotation rapide. La surface de Varuna est d'une couleur modérément rouge en raison de la présence de composés organiques complexes. De la glace d'eau est également présente sur sa surface, et on pense qu'elle a été confrontée par le passé à des collisions qui pourraient d'ailleurs être à l'origine de sa rotation rapide. Bien qu'aucun satellite naturel n'ait été trouvé ou directement imagé autour de Varuna, des analyses en 2019 des variations de sa courbe de lumière suggèrent la présence d'un possible satellite en orbite proche autour de l'astre.
Historique Découverte vignette|gauche|Varuna a été découvert avec le télescope Spacewatch de de l'observatoire de Kitt Peak. Varuna est découvert par l'astronome américain Robert McMillan en utilisant le télescope Spacewatch de durant un relevé de routine le . Ce relevé Spacewatch était conduit par McMillan à l'observatoire de Kitt Peak près de Tucson en Arizona, aux États-Unis. Au moment de sa découverte, Varuna était localisé au sein d'un champ d'étoiles modérément dense, situé au nord cependant non loin de l'équateur galactique. Bien que Varuna n'ait pas été détecté par le logiciel de système temps réel de McMillan, il réussit à identifier son lent mouvement parmi les étoiles situées en arrière-plan en comparant manuellement plusieurs balayages de la même région en utilisant la méthode du clignotement. Varuna fut réobservé les nuits suivantes par l'astronome Jeffrey Larsen, qui remplaçait McMillan dans le roulement des observateurs, afin de confirmer l'objet. Les deux astronomes firent au total douze observations de Varuna, qui s'étalèrent sur trois nuits.
La découverte de Varuna a été formellement annoncée dans une circulaire électronique du Centre des planètes mineures le . Il lui fut attribuée la désignation provisoire qui indique l'année de sa découverte, avec la lettre « W » spécifiant que sa découverte eut lieu dans la seconde moitié du mois de novembre. La lettre « R » et le nombre « 106 » en indice indiquent que Varuna est le 2667 objet observé dans la seconde moitié de novembre. Au moment de sa découverte, on pensait que Varuna était l'une des planètes mineures les plus massives et les plus lumineuses du Système solaire en raison de sa magnitude apparente relativement élevée de 20 pour un objet aussi éloigné, ce qui impliquait qu'il aurait fait environ un quart de la taille de Pluton et qu'il aurait été comparable en taille à la planète naine Cérès, ce qui était une première.
Après l'annonce de sa découverte, des images de prédécouverte de Varuna ont été trouvées par les astronomes allemands Andre Knofel et Reiner Stoss à l'observatoire Palomar. Une image de prédécouverte en particulier, prise avec le télescope Big Schmidt en 1955, montrait que Varuna était localisé à trois degrés de sa position extrapolée d'après l'orbite circulaire approximative déterminée en . La plus vieille image de prédécouverte de Varuna a été prise le . Ces images, combinées avec des observations supplémentaires depuis le Japon, Hawaï, et l'Arizona ont permis aux astronomes d'affiner son orbite et de déterminer la classification adéquate de Varuna.
En , le Centre des planètes mineures a attribué le numéro de planète mineure 20000 à Varuna, puisque son orbite était désormais bien déterminée grâce aux images de prédécouverte et grâce aux observations ultérieures. Le numéro « 20000 » a été particulièrement choisi afin de mettre en évidence la grande taille de Varuna, puisqu'il était en effet à cette date le plus grand objet classique de la ceinture de Kuiper connu, et parce qu'on pensait qu'il était aussi grand que Cérès. Le nombre 20000 a également été choisi afin de commémorer symboliquement le anniversaire de la découverte de Cérès, qui eut lieu par coïncidence en janvier tout comme lorsque Varuna fut numéroté.
Nom vignette|gauche|upright=0.6|alt=Statue en pierre représentant une divinité hindoue souriante, debout sur un socle|Statue du dieu Varuna du temple hindou du de Rajarani Le nom de Varuna provient de la divinité hindoue Varuna, et suit la convention de nommage édictée par l'Union astronomique internationale (UAI) qui stipule que les objets de la ceinture de Kuiper qui ne sont pas en résonance majeure avec Neptune sont nommés d'après des divinités de la création. Son nom a été proposé par une chorégraphe indienne, Mrinalini Sarabhai, et a été approuvé par l'UAI en . Varuna est l'une des divinités védiques les plus anciennes de la littérature hindie, puisqu'elle est mentionnée notamment dès les premiers hymnes du Rig-Véda. Dans la littérature hindi, Varuna a créé et gouverné les eaux du paradis et de l'océan, ce qui le rapproche en certains points de Poséidon/Neptune. Varuna est le roi des dieux, des hommes et de l'univers, et il possède un savoir illimité.
Rotation vignette|droite|redresse|Représentation d'artiste de Varuna illustrant sa couleur rougeâtre et sa forme ellipsoïdale. Varuna possède une période de rotation rapide d'environ , dérivée à partir d'une interprétation comme un double pic de la courbe de lumière créée par la rotation de l'astre. La rotation de Varuna a été mesurée pour la première fois en par l'astronome Tony Farnham à l'observatoire McDonald en utilisant son télescope de , au sein d'une étude portant sur la rotation et la couleur des objets distants. La photométrie CCD de la courbe de lumière de Varuna a révélé qu'il présentait de grandes variations de luminosité d'une amplitude d'environ 0,5 magnitudes et une période à un pic simple de . La courbe de lumière rotationnelle mesurée de Varuna a fourni deux périodes de rotation ambigües de 3,17 et 6,34 heures, pour une interprétation à pic simple et à double pic, respectivement. D'autres périodes de rotation possibles de 2,79 et de 3,66 heures, qui ne pouvaient alors être exclues, ont également été obtenues par Farnham.
Une interprétation de la courbe de lumière de Varuna comme un pic simple () présumerait qu'il serait de forme sphérique et qu'il possèderait des formations d'albédo à sa surface qui seraient à l'origine de ses variations de luminosité. Cependant, cette interprétation impliquerait si elle est valide que Varuna devrait être plus dense que (soit à peu près la densité de l'eau), étant donné que cette période de rotation est supérieure à la d'environ pour un corps avec une densité de au-delà de laquelle il se désintégrerait. Une solution à double pic de la courbe de lumière de rotation de Varuna () supposerait que Varuna possède une forme ellipsoïdale allongée, avec un rapport de ses axes a/b de 1,5-1,6. La courbe de lumière de rotation de Varuna a été ultérieurement étudiée par les astronomes David Jewitt et Scott Sheppard en février et . Ils en ont conclu que l'interprétation à double pic de la courbe de lumière de Varuna est la solution la plus plausible, en raison de l'absence d'une variation de la couleur de Varuna dans le spectre visible durant sa rotation.
L'examen des observations photométriques passées de la courbe de lumière de Varuna a montré que l'amplitude de sa courbe de lumière s'est accrue d'à peu près 0,13 magnitudes entre 2001 et 2019. Cet accroissement s'explique par les effets combinés de la forme ellipsoïdale de Varuna, de sa rotation, et de son angle de phase variable. Les modèles géométriques prenant en compte le changement de l'amplitude de Varuna ont fourni plusieurs solutions possibles de l'orientation de ses pôles de rotation, avec la meilleure solution qui adopte un axe de rotation ayant une ascension droite de 54° et une déclinaison de −65°. La meilleure orientation polaire de Varuna implique qu'il est vu dans une configuration quasiment de côté, dans laquelle son équateur fait presque directement face à la Terre.
La rotation rapide de Varuna semble avoir été provoquée par des collisions perturbatrices qui ont accéléré sa rotation durant la formation du système solaire. Le taux de collision actuel dans la région transneptunienne est très faible ; cependant, elles étaient plus fréquentes durant la formation du Système solaire. Jewitt et Sheppard ont cependant calculé que le taux de collisions perturbatrices parmi les grands objets transneptunions (OTN) demeurait extrêmement bas même durant la formation du système solaire, ce qui est contradictoire avec l'abondance des OTN binaires ou qui tournent rapidement sur eux-mêmes et dont on pense qu'ils sont précisément issus de telles collisions. Pour expliquer l'abondance de ces OTN, le taux de collisions parmi les OTN doit probablement s'être accru à la suite de la migration de Neptune vers l'extérieur du système solaire, qui a alors perturbé l'orbite des OTN et a augmenté la fréquence des collisions qui ont entre autres conduit à la rotation rapide de Varuna.
Caractéristiques physiques Aspect physique + Estimations de la taille de VarunaAnnéeDiamètre (km)MéthodeRéf2000thermique2002thermique2002~788meilleur ajustementde l'albédo2005thermique2005thermique2005thermique2007ou 412,3 ~ 718,2ou ≤744,1thermique(Bande 1 de Spitzer)2007>thermique(Bande 2 de Spitzer)2010(uniquement tailleminimale de l'axe long)occultation2013thermique2013~816meilleur ajustementde l'albédo2013~686occultation2014~670 (minimale)occultation2019thermique
vignette|upright=1|Varuna comparé à la Terre et à la Lune. En raison de sa rotation rapide qui est peu commune pour un objet aussi grand, Varuna possède une forme ellipsoïde triaxiale. Elle est plus précisément décrite comme un ellipsoïde de Jacobi, avec un rapport de ses axes a/b d'environ 1,5-1,6 (c'est-à-dire que le grand axe le plus long de Varuna a est 1,5 à 1,6 fois plus grand que le grand axe b). L'examen de la courbe de lumière de Varuna a permis de déterminer que le modèle qui correspond le mieux à sa forme est un ellipsoïde triaxial avec ses grands axes a, b, et c qui ont des rapports de l'ordre de b/a = 0,63-0.80, et de c/a = 0,45-0,52.
La forme ellipsoïdale de Varuna est à l'origine de multiples estimations de son diamètre, qui sont comprises entre . La plupart d'entre elles ont été déterminées en mesurant son rayonnement thermique. À la suite des mesures thermiques effectuées depuis l'espace, ces estimations ont pu être contraintes vers des valeurs plus petites car l'albédo de Varuna s'est avéré être plus élevé qu'initialement envisagé. L'observation des étoiles occultées par l'astre ont également fourni des estimations variables de sa taille. Une occultation en a donné une longueur de corde de , dont on a déduit qu'elle coïncidait avec son axe le plus long. Des occultations ultérieures en 2013 et 2014 ont fourni des diamètres moyens de et de , respectivement.
Depuis la découverte de Varuna, Hauméa, qui est un autre objet à rotation rapide () qui fait plus de deux fois la taille de Varuna, a été découvert et il possède également une forme allongée, bien qu'elle soit un peu moins prononcée (avec des rapports estimés de b/a = 0,76-0,88, et de c/a = 0,50-0,55), possiblement grâce à une densité qui serait plus élevée (approximativement ).
Possible planète naine