Il a un diamètre de 910 km et possède une grande lune faisant 400 km de diamètre,Vanth. La surface d'Orcus est relativement brillante avec unalbédo atteignant 23 %, de couleur neutre et riche en glace d'eau. La glace est principalement sous forme cristalline, ce qui peut être lié à une activitécryovolcanique passée. D'autrescomposés organiques comme leméthane ou l'ammoniac peuvent également être présents à sa surface.
Orcus est unplutino, un objet trans-neptunien enrésonance orbitale 3:2 avec laplanète géanteNeptune, faisant deux révolutions autour du Soleil lorsque Neptune en fait trois. La phase de son orbite est l'inverse de celle dePluton : Orcus est proche de sonaphélie (passé en 2019) tandis que Pluton est plus proche de sonpérihélie (passé en 1989). Orcus est le plus grand plutino connu après Pluton lui-même. Le périhélie de l'orbite d'Orcus est à environ 120° de celui de Pluton, tandis que les excentricités et les inclinaisons sont similaires.
En raison de ces similitudes et contrastes, ainsi que de sa grande lune Vanth qui rappelle la grande luneCharon de Pluton, Orcus est parfois surnommé« l'anti-Pluton ». Cela est pris en compte lors du choix de son nom, car la divinitéOrcus est un équivalent dans lesmythologies romaine etétrusque duPlutongrec.
Le 30 mars 2005, la lune d'Orcus,Vanth, est nommée d'après undémon féminin ailé,Vanth, vivant dans lesenfers étrusques. Elle pouvait être présente au moment de la mort et agissait fréquemment comme unpsychopompe, un guide du défunt vers les enfers[13],[14]. Le nom est publié par le Centre des planètes mineures le 30 mars 2010 dans laMinor Planet Circulars 69147[15].
Les symboles astronomiques étant déconseillés par l'Union astronomique internationale[16], Orcus n'a jamais reçu de symbole dans la littérature astronomique.
Les orbites d'Orcus (en bleu), Pluto, (en rouge) et Neptune (en gris). Orcus et Pluton sont à leur position d'avril 2006. Les dates de leur périhélion (q) et aphélie (Q) sont marquées.
Orcus est unobjet en résonance 2:3 avec celle de Neptune, comme c'est aussi le cas dePluton ; ils appartiennent ainsi à la même catégorie desplutinos[17],[18]. Sa période orbitale est de 245 ans et son orbite est modérémentinclinée à 20,6 degrés par rapport à l'écliptique[19]. Bien qu’il s'approche périodiquement de l’orbite de Neptune, la résonance maintient uneséparation angulaire de plus de 60 degrés entre les deux objets. Sur une période simulée de 14 000 ans, Orcus reste toujours à plus de 18 UA de Neptune[20].
Orcus suit une orbite similaire à celle de Pluton, mais elles sont pratiquement le miroir l’une de l’autre, leurspérihélies étant tous deux au-dessus de l’écliptique et à l’intérieur de l’orbite de Neptune, mais en des points presque opposés de celle-ci. Les positions de Pluton et d’Orcus sur leur orbite respective sont aussi presque à l’opposé : Pluton a atteint son périhélie en, tandis que Orcus a atteint son aphélie en. De l’observation de ces caractéristiques, le terme de« anti-Pluton » a été imaginé pour qualifier ou désigner Orcus[21],[22].
Orcus se situe dans les années 2020 à environ 47 UA duSoleil et arrivera à son périhélie vers 2142[23]. Les simulations duDeep Ecliptic Survey montrent qu'au cours des 10 millions d'années à venir, Orcus devrait avoir un périhélie minimum (qmin) de 27,8 UA[18].
La période de rotation d'Orcus est incertaine, car différents levés photométriques ont produit des résultats différents. Certains montrent des variations de faible amplitude avec des périodes allant de 7 à 21 heures, alors que d'autres ne montrent aucune variabilité[17]. L'axe de rotation d'Orcus coïncide probablement avec l'axe orbital de sa lune, Vanth. Cela signifie qu'Orcus présente actuellement un de ses pôles vers la Terre, ce qui pourrait expliquer la quasi-absence de toute modulation de sa luminosité[17],[24]. L'astronomeJosé Luis Ortiz et ses collègues ont dérivé une période de rotation possible d'environ 10,5 heures, en supposant qu'Orcus ne soit pas enrotation synchrone avec Vanth[24]. Si, cependant, il y a un verrouillage par effet de marées avec le satellite, la période de rotation coïnciderait avec la période orbitale de 9,7 jours de Vanth[24].
Les estimations de magnitude et de taille ont été faites sous l'hypothèse qu'Orcus est un objet singulier. La présence d'une lune relativement grosse, Vanth, peut les modifier considérablement. La magnitude absolue de Vanth est estimée à 4,88, ce qui signifie qu'elle est environ 11 fois plus faible qu'Orcus elle-même[27]. Les mesures submillimétriquesALMA prises en 2016 révèlent que Vanth a une taille relativement grande de 475 km avec un albédo d'environ 8 % tandis que celui d'Orcus a une taille légèrement plus petite de 910 km[28]. En utilisant uneoccultation stellaire par Vanth en 2017, le diamètre de Vanth a été déterminé à442,5 ± 10,2 km[29].Michael E. Brown répertorie Orcus comme uneplanète naine avec une "quasi-certitude"[30], tandisGonzalo Tancredi conclut qu'elle en est une[31]. Toutefois, l'UAI n'a jamais formellement reconnu Orcus comme telle[32].
Orcus et Vanth sont connus pour constituer unsystème binaire. La masse du système a été estimée à (6,348 ± 0,019) × 1020kg[33], approximativement égale à celle de lalune de SaturneTéthys (6,175 × 1020kg)[34]. La masse du système d'Orcus est d'environ 3,8 % de celle deEris, la planète naine la plus massive connue (1,66 × 1022kg)[27],[35].
Les premières observationsspectroscopiques en 2004 révèlent que lespectre en lumière visible d'Orcus est relativement plat et sans relief — ce qui implique une couleur relativement neutre — tandis que, dans leproche infrarouge, le spectre présente de fortesbandes d'absortion caractéristiques de laglace d'eau à 1,5 et 2,0 μm[36]. Le spectre visible neutre et les bandes d'absorption de l'eau indiquent qu'Orcus est différent des autres objets trans-neptuniens, qui ont généralement un spectre visible rouge et des spectresinfrarouges souvent sans caractéristiques[36]. D'autres observations en infrarouge réalisées en 2004 par l'Observatoire européen austral donnent des résultats cohérents avec un mélange deglace d'eau et de composéscarbonés, tels que destholins[37]. En outre, lesspectres infrarouge relevés avec l'observatoire Gemini confirment que les glaces d'eau et de méthane ne peuvent respectivement couvrir que 50 % et 30 % de la surface, ce qui signifie que la proportion de glace à la surface est inférieure à celle deCharon, mais similaire à celle deTriton (la plus grande lune deNeptune)[38].
Plus tard, en 2008 et 2010, de nouvelles observations spectroscopiques infrarouges avec unrapport signal sur bruit plus élevé révèlent des caractéristiques spectrales supplémentaires[17],[39]. Parmi elles se trouvent unebande d'absorption de glace d'eau profonde à 1,65 μm, qui est une preuve de l'existence de glace d'eaucristalline à la surface d'Orcus, et une nouvelle bande d'absorption à 2,22 μm. L'origine de cette dernière caractéristique n'est pas tout à fait claire. Elle peut être causée soit par de l'ammoniac ou de l'ammonium dissous dans la glace d'eau, soit par des glaces deméthane et d'éthane[39]. La modélisation dutransfert radiatif montre qu'un mélange de glace d'eau, de tholins (comme agent assombrissant), de glace d'éthane et d'ion ammonium (NH4+) fournit la meilleure correspondance avec les spectres, alors qu'une combinaison de glace d'eau, de tholins, de glace de méthane et de l'hydrate d'ammoniac donne un résultat légèrement inférieur. D'autre part, un mélange composé uniquement d'hydrate d'ammoniac, de tholins et de glace à l'eau ne fournit pas une correspondance satisfaisante. Ainsi, les seuls composés identifiés de manière fiable à la surface d'Orcus sont la glace d'eau cristalline et, éventuellement, les tholins sombres. Une identification précise de l'ammoniac, du méthane et d'autreshydrocarbures nécessite de meilleurs spectres infrarouges[17].
Orcus se situe au seuil des objets trans-neptuniens suffisamment massifs pour retenir lessubstances volatiles telles que le méthane à sa surface[17]. Le spectre deréflectance d'Orcus montre les bandes d'absorption de glace d'eau les plus profondes de tous les objets de laceinture de Kuiper qui ne sont pas associés à lafamille de Hauméa, lafamille collisionnelle à laquelle appartient la planète naineHauméa. Lesgrands satellites glacés d'Uranus ont par ailleurs des spectres infrarouges assez proches de celui d'Orcus[27]. Parmi les autres objets trans-neptuniens, le grand plutinoAchlys et la lune de PlutonCharon ont tous deux des spectres de surface similaires à ceux d'Orcus, avec des spectres visibles plats et sans relief et des bandes d'absorption de glace d'eau modérément fortes dans le proche infrarouge[17],[39].
La glace d'eaucristalisée à la surface des objets transneptunienne devrait être totalement rendueamorphe par les radiations du Soleil et lerayonnement cosmique en une dizaine de millions d'années, d'après des études sur la glace d'eau cristalline soumise aux niveaux d’irradiation attendus sur un objet transneptunien (TNO) à 40 UA[39]. La bande d'absorption à 1,65 µm sur Orcus, indicatrice non-ambiguë de glace d’eau cristalline, est large et profonde (12 %), similairement à celles deCharon,Quaoar,Hauméa, et d'autres satellites glacés de planètes géantes[39]. Ainsi, la présence détectée de glace d'eaucristalisée et potentiellement de glace d'ammoniac à la surface d'Orcus pourrait indiquer l'existence d'un mécanisme de renouvellement de surface, via des collisions (cause externe) ou de l'activité géologique (cause interne). L'ammoniac n'a, pour l'instant, pas encore été détecté sur aucun objet transneptunien et aucunsatellite glacé de planète géante, mis-à-partMiranda.
Uncryovolcanisme est proposé comme source la plus probable de renouvellement de la surface d'Orcus, celui-ci étant théoriquement possible pour des objets transneptuniens d'un diamètre supérieur à environ 1 000 km[17]. Orcus pourrait ainsi avoir connu au moins un épisode de cryovolcanisme par le passé. Le type de volcanisme préféré aurait pu être le volcanisme aqueux explosif, entraîné par une dissolution explosive de méthane à partir de d'un mélange eau-ammoniac[17].
Une imagerie submillimétrique du système Orcus – Vanth en 2016 montre que Vanth a une taille relativement grande de 475 km, avec une incertitude de 75 km, mais l'objet est trop proche d'Orcus pour qu'il soit possible de déterminer la composition de sa surface[41]. Cette estimation pour Vanth est en bon accord avec la taille d'environ 442,5 km dérivant de la mesure faite pendant uneoccultation en 2017[29].
Comme Charon par rapport à Pluton, Vanth est relativement grande par rapport à Orcus ; c'est une autre raison, après la similarité des orbites, pour caractériser Orcus comme« l'anti-Pluton » et Michael Brown soupçonne aussi que, comme le système Pluton-Charon, Orcus et son satellite fonctionnent ensystème binaire[21]. Si Orcus est classée comme une planète naine, Vanth serait la troisième plus grande lune de planète naine connue, aprèsCharon etDysnomie[42]. Le rapport des masses d'Orcus et de Vanth est incertain, allant de 1:33 à 1:12[43].
