Pour avoir une chance de débusquer la neuvième planète – si bien sûr elle existe –, le mieux est d’avoir une idée la plus précise possible de ce à quoi elle doit ressembler. Deux chercheurs suisses coutumiers des modèles de l’évolution des planètes ont tenté d’esquisser un portrait-robot de cet astre hypothétique dans l’espoir d'en faciliter la recherche. Selon eux, cette géante glacée ne devrait pas échapper au regard aiguisé du futur LSST.
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Y a-t-il une neuvième planète dans notre Système solaireSystème solaire ? Depuis janvier dernier et la publication des travaux de Konstantin Baytgin et Mike Brown, la question, assez ancienne, est revenue sur le devant de la scène. Après avoir étudié les anomalies orbitalesorbitales de plusieurs objets de la ceinture de Kuiperceinture de Kuiper découverts depuis le début des années 2000, les deux chercheurs à Caltech ont acquis la conviction qu'une certaine planète X est à l'origine de leurs perturbations gravitationnelles. Leurs calculs ont inféré que sa massemasse doit être de l'ordre de 10 fois celle de la TerreTerre et que son orbite excentriqueexcentrique l'éloigne entre 600 et 1.200 fois la distance moyenne qui nous sépare du SoleilSoleil (cette distance moyenne ou unité astronomiqueunité astronomique (1 UA) vaut près de 150 millions de km). Elle doit être du même type qu'Uranus, située à environ 20 UA, ou NeptuneNeptune, à 30 UA.

Cela peut paraître étonnant, en ce début du XXIe siècle, alors qu'on découvre des exoplanètesexoplanètes et même des exocomètes à des dizaines ou des centaines d'années-lumièreannées-lumière du Soleil, qu'on ne sache pas encore s'il y a 8, 9 ou 10 planètes dans notre Système solaire... En réalité, si elle existe, elle a effectivement pu nous échapper tout ce temps. Lointaine et installée sur un plan très incliné par rapport à celui de l'écliptiqueécliptique (dans lequel se trouvent la Terre, et, à peu de choses près, les autres planètes), elle se déplace très lentement - entre 10.000 et 20.000 ans (contre 248 ans seulement pour PlutonPluton !). Elle a donc très bien pu se confondre avec une étoileétoile quelconque au cours des plus récents sondages. De plus, sa température de surface ne la rend pas vraiment très brillante, si ce n'est, peut-être, dans l'infrarougeinfrarouge... Elle serait une faible lueur indicible avec des mouvementsmouvements imperceptibles.

En somme, les astronomesastronomes recherchent une aiguille dans une botte de foin sans même vraiment être certains que cette aiguille existe. Alors, le mieux pour réussir serait d'avoir une idée plus précise de cet objet caché dans les ténèbres du Système solaire externe, loin, très loin du Soleil-lampadaire.

Illustration d’une vue interne de l’hypothétique neuvième planète. De l’extérieur vers l’intérieur : atmosphère (température : -226 °C ou 47 kelvins) ; épaisse couche de gaz ; couche d’eau (température : 1.800 °C ou 2.100 kelvins) ; manteau de silicates ; noyau de fer (température : environ 3.400 °C ou 3.700 kelvins). © Esther Linder, Christoph Mordasini, <em>Universität Bern</em>

Illustration d’une vue interne de l’hypothétique neuvième planète. De l’extérieur vers l’intérieur : atmosphère (température : -226 °C ou 47 kelvins) ; épaisse couche de gaz ; couche d’eau (température : 1.800 °C ou 2.100 kelvins) ; manteau de silicates ; noyau de fer (température : environ 3.400 °C ou 3.700 kelvins). © Esther Linder, Christoph Mordasini, Universität Bern

À quoi faut-il s’attendre ?

Dans la perspective d'aider à épingler cette planète mystérieuse, Christophe Mordasini, professeur à l'université de Berne et la doctorante Esther Linder, ont mis leurs talents de théoriciens sur la formation et l'évolution planétaire, pour en dresser un portrait-robot le plus précis possible. Travaillant par ailleurs sur les possibilités de débusquer des exoplanètes en imagerie directe avec le futur télescopetélescope spatial James Webb (JWST), les astrophysiciensastrophysiciens ont également cherché à savoir quel est, ou quel serait, l'instrument le plus adapté pour traquer l'astreastre avec succès.

Alors, à quoi peut bien ressembler cette neuvième planète qui, à l'instar de ses sœurs autour du Soleil, a déjà vécu 4,5 milliards d'années ? À une géante glacée. C'est-à-dire une planète plus grosse que la Terre mais qui se différencie des géantes gazeusesgéantes gazeuses comme JupiterJupiter et SaturneSaturne, par sa composition interne (l'hydrogènehydrogène et l'héliumhélium ne sont pas les ingrédients prédominants). Leurs modèles aboutissent à une version un peu réduite d'UranusUranus : une planète 3,7 fois plus grande que la nôtre. Autour de son noyau ferreux qui se refroidit doucement, elle posséderait un manteaumanteau de silicatessilicates, par-dessus lequel se trouverait une importante couche d'eau à quelque 1.800 °C. Malgré cette température, elle serait à l'état solidesolide à cause de l'énorme pressionpression exercée par l'épaisse atmosphèreatmosphère qui l'enrobe.

Si bien que malgré ses entrailles encore chaudes, l'astre n'afficherait plus que -226 °C (47 kelvinskelvins) en surface. « Cela veut dire que l'émissionémission de la planète est dominée par le refroidissement de son noyau, autrement sa température ne serait que de -263 °C (10 K), estime Esther Linder. Son énergieénergie intrinsèque est environ 1.000 fois supérieure à l'énergie absorbée. » L'essentiel de sa lumière émise provient plus de l'intérieur que des rayons solaires réfléchis. Autrement dit, c'est dans l'infrarouge qu'on peut espérer la débusquer.

Il y a deux ans, la NasaNasa avait annoncé que Wise (Wide-field Infrared Survey Explorer) était resté bredouille quant à une hypothétique neuvième planète, affirmant que rien qui soit aussi gros que Jupiter n'avait été remarqué dans les sondages du ciel, du moins dans un périmètre de 26.000 UA. Les deux auteurs de l'article à paraître dans la revue Astronomy & Astrophysics ont calculé que le satellite serait capable d'en repérer une qui soit... d'au moins 50 masses terrestres. En réalité, le seul télescope qui ait une chance de la trouver n'existe pas encore. Il est en constructionconstruction depuis un an sur le Cerro Pachón, au Chili, et devrait ouvrir son œilœil de géant en 2019. Il s'agit du LSST (Large Synoptic Survey Telescope).