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Peut-être une planète au-delà de Pluton

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La structure de la Ceinture de Kuiper pourrait être expliquée par la présence d'une planète au triple de la distance de Neptune, selon deux astronomes.

Aspect connu de la Ceinture de Kuiper. L’échelle est indiquée en Unités Astronomiques. Source : Laboratoire d’Astrophysique de Grenoble

La Ceinture de Kuiper s'étend depuis l'orbite de Neptune à 30 Unités Astronomiques (UA) jusqu'à environ 50 UA. Elle se compose vraisemblablement d'environ 35.000 objets de plus de 100 kilomètres de diamètre, ce qui lui confère une masse totale plusieurs centaines de fois plus importante que la ceinture d'astéroïdes située entre Mars et Jupiter.

Son origine est à rechercher dans les phénomènes d'accrétion qui ont formé le système solaire tel que nous le connaissons. Au cours du temps, les parties intérieures du disque protoplanétaire, situé dans le plan de l'écliptique, se sont condensées pour former les planètes alors que le bord externe, plus diffus, a donné naissance à un grand nombre de petits objets.

Le premier objet de la Ceinture de Kuiper (1992 QB1, officieusement baptisé Smiley) a été observé en 1992 par David C. Jewitt et Jane X. Luu de l'observatoire de Hawaï. Plusieurs centaines d'autres ont été découverts dans les dix années suivantes. Pluton a fini par en perdre son statut de planète puisqu'elle se déplace parmi ces corps rocheux dont l'origine semble commune.

La présence de la Ceinture de Kuiper et sa modélisation suffisant à expliquer les anomalies orbitales de Neptune et d'Uranus, il ne fut alors plus nécessaire de rechercher une hypothétique planète X située au-delà de Pluton, d'autant que la concentration de matière semblait insuffisante pour former une planète.

Planète "X", le retour !

Mais aujourd'hui, Patryck Sofia Lykawka (Etats-Unis) et Tadashi Mukai (Japon) suggèrent que l'existence d'une planète de quelques dixièmes de masse terrestre située au-delà de la Ceinture de Kuiper pourrait expliquer son énigmatique déformation à 48 UA, où elle apparaît tronquée. Cette conclusion se base essentiellement sur la corrélation de nombreuses simulations informatiques de systèmes planétaires semblables au nôtre, comportant quatre planètes géantes et de nombreux planétésimaux.

Selon leur hypothèse, à paraître en avril dans The Astronomical Journal, cet objet aurait été éjecté par interaction gravitationnelle avec une des planètes géantes du système solaire (vraisemblablement Jupiter) et aurait perturbé l'organisation du disque planétésimal vers 40 à 50 UA, finissant par provoquer ce déficit de masse observé à 48 UA. Par effet de résonance avec Neptune, la planète aurait ensuite migré vers une orbite stable à plus de 100 UA inclinée de 20 à 40° d'où elle garantit aussi la stabilité de la Ceinture de Kuiper.

Le modèle présenté par les deux chercheurs est parfaitement en accord avec la dynamique du système solaire, la faible masse (relative) de la Ceinture de Kuiper et la position actuelle de Neptune à 30,1 UA. Il répond aussi au mécanisme de Kozai impliquant les effets de résonance qui ont modelé la distribution actuelle des planètes entourant le Soleil.

La genèse agitée du système solaire

Pour mieux comprendre ce mécanisme, retraçons brièvement l'histoire de la formation du système solaire depuis son accrétion. Après seulement 8 millions d'années de formation des protoplanètes au sein du nuage primordial, la masse de Jupiter croît rapidement. Lorsqu'elle atteint environ 300 masses terrestres, ses perturbations gravitationnelles déstabilisent les protoplanètes intérieures, ce qui provoque de nombreuses collisions et de nouvelles accrétions. De nombreux objets disparaissent dans le Soleil ou chutent sur d'autres corps. Les protoplanètes de la ceinture d'astéroïdes sont éjectées, et celle-ci est finalement modelée par la force d'attraction de Jupiter. On appelle l'ensemble de ces phénomènes la relaxation d'un système planétaire. C'est probablement à cette période que la planète décrite par la théorie des deux chercheurs de Kyoto rejoint la zone interne de Kuiper.

Par échange d'énergie et de moment cinétique, Jupiter migre alors d'environ 1 UA vers l'intérieur du système solaire et entre en résonance avec Saturne (2:1), ce qui rend leurs orbites elliptiques. Uranus et Neptune se trouvent repoussées de plusieurs UA vers l'extérieur, la seconde se retrouvant à l'intérieur de la Ceinture de Kuiper, dont la limite interne était beaucoup plus proche du Soleil qu'aujourd'hui. Du même coup, de nombreux objets de cette ceinture sont éjectés, certains vers l'extérieur, mais surtout de nombreux autres vers l'intérieur. Cette bousculade provoque le grand bombardement tardif entre -4 et -3,8 milliards d'années (au cours duquel la vie est apparue sur Terre) et dont de nombreux vestiges existent encore sous forme de cratères sur les planètes du système solaire n'ayant pas, ou peu, connu d'érosion atmosphérique ou tellurique.

Un peu plus tard, les forces d'attraction déstabilisent une petite planète se trouvant là par hasard, qui est éjectée pour la deuxième fois de son existence et finit par se stabiliser sur une orbite à plus de 100 UA...

Ce scénario est encore susceptible de nombreuses évolutions, au fil de nouvelles découvertes, mais sa cohérence ne cesse de se renforcer et l'hypothèse de Patryck Sofia Lykawka et Tadashi Mukai s'y inscrit très bien.

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