Une vue d'artiste de la neuvième planète qui existe peut-être à plus de 200 fois la distance de la Terre au Soleil, loin au-delà de l'orbite de Pluton. Sa masse est estimée à environ 10 fois celle de la Terre. Elle devrait, logiquement, être enveloppée par une épaisse atmosphère d'hydrogène et d'hélium qui la ferait ressembler à Neptune. © Caltech, R. Hurt (IPAC)

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La mystérieuse planète 9 serait plus proche de nous que prévu

ActualitéClassé sous :Astronomie , formation du Système solaire , exoplanète

Notre Système solaire renferme-t-il une neuvième planète ? Peut-être, et il s'agirait d'une superterre qui aurait migré, très tôt dans son histoire, à environ 60 milliards de kilomètres du Soleil. Les deux astronomes du California Institute of Technology (Caltech), à l'origine de cette hypothèse il y a trois ans, enfoncent un peu plus le clou à son sujet aujourd'hui.

Les découvertes sur les exoplanètes se sont multipliées depuis celle de 51 Pegasi b, en 1995, et nous savons désormais qu'il existe des milliards de superterres potentiellement habitables dans la Voie lactée. Mais, par contrecoup, on peut se poser la question de leur absence dans le Système solaire. Faut-il en conclure que celui-ci est atypique, et peut-être donc aussi la naissance de la Vie ?

En fait, 51 Pegasi b, un Jupiter chaud, et ses cousines, nous ont conduits à regarder de plus près les modèles et les simulations numériques montrant que des processus de migration planétaires ne sont pas rares au début de la formation des cortèges de planètes. On peut penser que notre Système solaire possédait quelques superterres, initialement. Mais les lois de la mécanique céleste et les effets des perturbations gravitationnelles qu'elles impliquent auraient conduit ces superterres soit à être avalées par le jeune Soleil, soit à être injectées sur des orbites particulièrement excentriques et de grandes tailles, au-delà des orbites de Neptune et Pluton.

Sur de telles orbites, en raison d'une des lois de Kepler - qui veut que la vitesse d'une planète soit d'autant plus faible qu'elle est loin de son étoile - une superterre solaire serait non seulement peu lumineuse du fait de sa distance, mais néanmoins visible dans un télescope, et son mouvement serait si lent qu'on pourrait initialement la prendre pour une étoile. Et ce d'autant plus, si elle n'est pas quasiment dans le plan de l'écliptique comme les huit planètes principales du Système solaire.

Dans cette vidéo, Batygin et Brown présentaient il y a trois ans leurs travaux sur la possible existence d'une neuvième planète. Notez l'étrange regroupement des orbites des corps de la ceinture de Kuiper les plus lointains connus. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle avec deux barres horizontales en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître, si ce n'est pas déjà le cas. En cliquant ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, vous devriez voir l'expression « Traduire les sous-titres ». Cliquez pour faire apparaître le menu du choix de la langue, choisissez « français », puis cliquez sur « OK ». © Caltech

Une superterre à portée d'une sonde spatiale dans le Système solaire ?

On comprend donc l'excitation qui a saisi la communauté scientifique, il y a maintenant presque trois ans, quand les astronomes Konstantin Batygin et Mike Brown du célèbre Caltech (dont le nom est associé à deux prix Nobel de physique, Richard Feynman et Kip Thorne) ont publié un article retentissant dans lequel ils proposaient l'existence d'une planète contenant environ 10 fois la masse de la Terre, en orbite à plusieurs centaines d'unités astronomiques du Soleil.

Ils étaient arrivés à cette conclusion en analysant les orbites de plusieurs petits corps de la ceinture de Kuiper grâce aux méthodes de la mécanique céleste. On peut en trouver une bonne introduction dans un des ouvrages du regretté André Brahic (Planètes et Satellites : Cinq leçons d'astronomie).

Bien que son existence ne soit nullement assurée, car d'autres explications peuvent être avancées pour expliquer les anomalies orbitales constatées, la chasse à une neuvième planète dans le Système solaire a alors bel et bien été lancée.

Aujourd'hui, Batygin et Brown font, en quelque sorte, un état des lieux au sujet de leur hypothèse via deux publications disponibles sur Arxiv. Il y a ainsi un long article de revue qui parle également de l'histoire des découvertes de nouvelles planètes dans le Système solaire et qui est consacré à la neuvième planète sous la forme d'un des célèbres Physics Reports.

Surtout, avec leurs collègues Fred Adams et Juliette Becker, les deux chercheurs font savoir qu'il est maintenant raisonnable de penser que, si elle existe, la nouvelle planète ne contiendrait que cinq fois la masse de la Terre et qu'elle serait un peu plus proche qu'on ne le pensait, soit à environ 400 unités astronomiques.

Dans le second article, les deux astronomes ont examiné à nouveau à quel point les anomalies, à l'origine de l'hypothèse de l'existence de la neuvième planète, pouvaient être un effet du hasard. Il n'y aurait qu'une chance sur 500.

Pour Mike Brown : « Bien que cette analyse ne dise rien directement sur la présence de la neuvième planète, elle indique néanmoins que l'hypothèse repose sur des bases solides. » De son côté, Konstantin Batygin explique que : « Avec cinq masses terrestres, la neuvième planète devrait probablement ressembler beaucoup à une superterre extrasolaire typique. C'est le chaînon manquant du Système solaire pour la formation des planètes. Au cours de la dernière décennie, l'étude des exoplanètes a montré que des planètes de grandes tailles sont très communes autour d'autres étoiles semblables au Soleil. La neuvième planète serait donc être la plus proche fenêtre observationnelle sur les propriétés d'une planète typique dans notre Galaxie. »

Les deux chercheurs pensent que l'on pourrait découvrir cette superterre d'ici une décennie.

  • Tout comme, en son temps, les anomalies de l'orbite d'Uranus avaient conduit à la découverte de Neptune, deux astronomes ont déduit, de la théorie des perturbations gravitationnelles en mécanique céleste, qu'une neuvième planète d'environ cinq fois la masse de la Terre devait exister à plusieurs centaines d'unités astronomiques du Soleil.
  • Il s'agirait de l'équivalente des superterres que l'on observe à foison dans la Voie lactée et qui aurait migré loin du Soleil, tôt dans l'histoire du Système solaire.
  • On pourrait faire sa découverte d'ici 2030.
Pour en savoir plus

Planète X : à quoi ressemble la neuvième planète du Système solaire ?

Article de Laurent Sacco publié le 21/01/2016

Notre Système solaire renferme-t-il une neuvième planète ? Il semblerait que oui. Cette géante gazeuse serait comparable en masse et en taille à Neptune et aurait migré, très tôt dans son histoire, à plus de 30 milliards de kilomètres du Soleil. Sa présence avait déjà été postulée pour expliquer certaines caractéristiques du Système solaire. Aujourd'hui, deux astronomes du célèbre California Institute of Technology (Caltech) enfoncent un peu plus le clou : les caractéristiques de certains corps de la ceinture de Kuiper ne semblent pas dues au hasard.

L'article publié dans Astronomical Journal par Mike Brown et Konstantin Batygin a explosé comme une bombe hier, mercredi 20 janvier 2016. Comme l'expliquent les deux astronomes dans la vidéo ci-dessous, ils pensent, rien de moins, avoir découvert une nouvelle planète dans le Système solaire.

Il ne s'agirait pas d'une planète naine comme Pluton ou Éris, précise d'emblée Mike Brown. En effet, selon le chercheur, avec une masse estimée à environ 10 fois celle de la Terre, une telle planète dominerait nettement son environnement du point de vue de la gravité. Elle réunirait en fait toutes les conditions faisant d'elle une planète au plein sens du terme, comme c'est le cas de la Terre ou Jupiter. Avec un périhélie et un aphélie estimés respectivement à 200 unités astronomiques (UA) et 600 voire 1.200 UA, l'astre bouclerait son orbite en 10.000 à 20.000 ans à une distance du Soleil de l'ordre de 20 fois celle de Neptune. Cet objet astronomique étant très peu lumineux et très froid, il n'est guère étonnant qu'il ait échappé jusqu'à présent à toute détection, y compris avec les instruments de la mission Wise.

Il y aurait donc une neuvième planète dans le Système solaire. Avant le déclassement de Pluton, sa découverte aurait été saluée comme celle de l'un des serpents de mer de l'astronomie : la planète X. En fait, l'existence supputée de cet astre ­- que Brown et Batygin ont temporairement baptisé Phattie, peut-être en référence à un instrument de musique (une grosse caisse) ­-, était attendue depuis quelques années suite à la découverte des exoplanètes.

Cette géante gazeuse aurait migré il y a des milliards d'années

De nombreuses géantes gazeuses avaient tout d'abord été mises en évidence sur des orbites très rapprochées autour de leurs étoiles hôtes. Cela avait conduit à postuler l'existence de fréquentes migrations planétaires d'envergure dans les jeunes systèmes planétaires puis celle de nombreuses exoplanètes dont les masses seraient comprises entre celles de la Terre et de Neptune, notamment des superterres. Plusieurs chercheurs avaient ensuite modélisé la formation des planètes en tenant compte de l'importance des migrations planétaires. Ils en avaient déduit que notre propre Système solaire avait probablement dû contenir, à ses débuts, une superterre ou bien une autre géante gazeuse. Ce corps aurait été rapidement éjecté du Système solaire interne par les interactions gravitationnelles avec Jupiter et Saturne et placé sur une orbite éloignée, bien au-delà de la ceinture de Kuiper.

Il y a quelques années, le célèbre David Nesvorny, du Southwest Research Institute (SwRI), dans le Colorado, était ainsi arrivé à la conclusion que sans une cinquième planète géante semblable à Neptune et éjectée par les perturbations gravitationnelles, Vénus et Mars auraient été détruites. Il avait accrédité l'hypothèse de l'existence de cette cousine de Neptune en montrant notamment qu'elle permet d'expliquer l'une des énigmes de la structure du Système solaire : l'existence du « noyau » (kernel en anglais) de la ceinture de Kuiper.

Mais doit-on pour autant prendre au sérieux l'hypothèse de Konstantin Batygin et Mike Brown ? De nombreuses raisons y poussent, dont certaines seront examinées plus en détail dans un prochain article.

Sur ce diagramme, on constate que les axes des orbites des plus lointains corps de la ceinture de Kuiper connus (comme Sedna) sont étrangement regroupés dans des directions voisines mais aussi que, sur leurs orbites, ces corps eux-mêmes sont rassemblés dans une région. Selon les chercheurs, de telles caractéristiques n'ont que 0,007 % de chance d'être l'œuvre du hasard. Cependant, elles s'expliquent très bien en postulant dans des simulations numériques un corps céleste d'environ 10 fois la masse de la Terre sur une orbite opposée aux précédentes et actuellement éloigné des autres objets, comme le montre le dessin de l'artiste. Il s'agirait de la Planète 9, Planet Nine en anglais. C'est son champ de gravitation qui piègerait en quelque sorte les orbites des petites planètes, les empêchant de dériver pour adopter des caractéristiques dispersées. © Caltech/R. Hurt (IPAC)

Une neuvième planète que traquera le télescope Subaru

Les deux chercheurs ne sont pas des inconnus ; leurs compétences leur ont valu de devenir membres du célèbre Caltech, l'institut californien où ont enseigné le légendaire Richard Feynman, Murray Gell-Mann (l'un des pères de la théorie des quarks et de la QCD) et Kip Thorne, à l'origine du scénario d'Interstellar.

Brown, en particulier, a découvert Éris en 2003, plus massive que Pluton et laissant penser que d'autres objets similaires existaient dans la ceinture de Kuiper. L'Union astronomique internationale (UAI) s'est alors vue contrainte de définir le terme « planète » pour la première fois de façon formelle, ce qui a conduit à déchoir Pluton de son titre de neuvième planète du Système solaire afin d'éviter une inflation du nombre de corps célestes pouvant prétendre à ce titre. Brown a à son tableau de chasse d'autres objets transneptuniens importants, dont Quaoar, Sedna et Makémaké. Il étudie aussi Europe et son océan.

Konstantin Batygin, d'origine russe, est considéré comme un prodige par ses collègues. À moins de 30 ans, le chercheur a déjà cosigné 45 articles sur la dynamique planétaire. Certains l'ont été avec le célèbre Alessandro Morbidelli, le mathématicien et astronome qui a fait de multiples contributions à la compréhension de la structure et de l'évolution du Système solaire. Avec ses collègues, Morbidelli a bouleversé notre conception de la formation du Système solaire en introduisant le fameux modèle de Nice reposant sur des migrations planétaires. Or, comme le rapporte le journal Science, Morbidelli a examiné le papier des deux chercheurs. Il a trouvé que leur travail était solide et plutôt convaincant.

Batygin et Brown ont eux-mêmes commencé par être très sceptiques et ils comprennent parfaitement la réaction de leurs collègues découvrant leur folle hypothèse. Mais, si l'on en croit la fameuse déclaration attribuée à Niels Bohr, l'hypothèse des deux chercheurs est assez folle pour être exacte. Pourtant, tout le monde ne sera sans doute pleinement convaincu que lorsque l'image de la neuvième planète apparaîtra grâce aux capteurs CCD de télescopes. Ceux de Subaru et du W. M. Keck Observatory sont assez puissants pour détecter la planète dans la région de la voûte céleste où elle pourrait se trouver mais cela pourrait bien prendre 5 ans, notamment parce qu'étant donné sa distance, elle bouge très lentement et est donc peu différente d'une étoile faiblement lumineuse. Un autre télescope aurait de meilleures chances de la trouver rapidement mais il est encore en construction : le LSST.

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Une 9e planète se cacherait dans le Système solaire  Des astronomes en sont convaincus : il existe une neuvième planète dans les confins du Système solaire. C'est ce qu'indiquent, selon eux, les orbites particulières de plusieurs objets de la ceinture de Kuiper et aussi de la planète naine Sedna, au-delà de Neptune. Les calculs lui donnent une masse comprise entre 5 et 10 fois celle de la Terre. Ce serait une géante de glace, à l’instar de Neptune. Elle serait actuellement dans la région de son orbite très elliptique la plus éloignée du Soleil. Il lui faudrait entre 10.000 et 20.000 ans pour boucler son orbite autour du Soleil.