Des astronomes de la Michigan State University (États-Unis) présentent un modèle qui permet d’expliquer les orbites des planètes géantes dans notre Système solaire. Et même dans d’autres systèmes planétaires. © Sergey Nivens, Adobe Stock
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Planète X : tout indique que le Système solaire aurait bien une planète de plus

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[EN VIDÉO] Comment une instabilité a modelé notre Système solaire  Notre Soleil — comme toutes les étoiles — s’est allumé dans un nuage de gaz et de poussière. Des chercheurs de la Michigan State University (États-Unis) montrent comment son évaporation, de l’intérieur vers l’extérieur, a placé les planètes géantes que sont Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune sur leurs orbites actuelles. Au fur et à mesure que le bord du nuage passait par leurs orbites originelles. Ils montrent aussi qu’une cinquième planète géante — la fameuse planète X — a pu exister avant de se trouver reléguée à quelque 80 milliards de kilomètres de notre étoile. © Liu et al., Michigan State University 

Un nouveau scénario explique la position actuelle des quatre planètes géantes de notre Système solaire. Des quatre connues. Parce qu'il pourrait bien en exister une cinquième ! Celle que l'on nomme la planète X. Loin, très loin au-delà de l'orbite de Neptune.

Notre Système solaire. Les astronomes l'étudient depuis bien longtemps maintenant. Mais ils n'ont toujours pas percé tous ses secrets. Ils se demandaient ainsi toujours comment les planètes géantes que sont Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune se sont retrouvées sur les orbites que nous leur connaissons aujourd'hui. Une question à laquelle une équipe de la Michigan State University (États-Unis) apporte désormais une réponse. Qui pourrait même confirmer l'existence d'une cinquième géante -- la fameuse planète X --, la neuvième planète de notre Système solaire, cachée à quelque 80 milliards de kilomètres de notre étoile.

Comme point de départ de leurs travaux : un questionnement concernant le modèle dit de Nice -- parce qu'il a été développé à l'Observatoire de la Côte d'Azur. Celui-ci veut que les planètes géantes aient occupé une position « compacte » avant de migrer vers celles qu'elles occupent aujourd'hui. Le tout sous l'effet d'une instabilité apparue bien après que le disque de gaz protoplanétaire s'est dissipé. Les chercheurs de la Michigan State University, eux, ont tenté d'imaginer un autre scénario. Celui de planètes qui se déplacent par « effet rebond » alors même que le disque s'évapore.

« Tous les systèmes planétaires se forment dans un disque de gaz et de poussière. C'est un sous-produit naturel de la formation des étoiles, explique Seth Jacobson, astronome, dans un communiquéMais lorsqu'une étoile s'allume et commence à brûler son combustible nucléaire, elle émet de la lumière et chauffe ce disque qu'elle finit par souffler, de l'intérieur vers l'extérieur du système ».

Cette vue d’artiste donne une idée de la manière dont une instabilité a bouleversé la structure de notre Système solaire alors que le nuage de gaz et de poussière qui a vu naître notre Soleil se dissipait. © Nasa, JPL-Caltech, T. Pyle (SSC)

Une instabilité « très universelle »

Ce que les astronomes de la Michigan State University ont découvert, c'est que ce processus a créé un véritable trou dans le nuage de gaz et de poussière, résidu de la formation de notre Soleil. Un trou qui a grandi, rattrapant peu à peu les orbites primitives des planètes géantes. Donnant ainsi naissance à l'instabilité évoquée par le modèle de Nice. Mais une instabilité que les simulations font ici intervenir bien plus tôt. « Moins de 10 millions d'années après la naissance du Système solaire », estiment les chercheurs. Et bien plus rapidement aussi. Avec un mélange de matériau entre le Système solaire interne et le Système solaire externe.

« Ce processus a agité notre région du Système solaire. Notre Terre a grandi à partir de là », précise Seth Jacobson. La géochimie de notre planète semble d'ailleurs bien vouloir confirmer le mélange évoqué par les astronomes de la Michigan State University alors que notre Planète était en cours de formation. Et les chercheurs envisagent désormais que ce scénario puisse également s'appliquer à d'autres systèmes planétaires. Car la manière dont l'instabilité à l'origine de la structure actuelle de notre Système solaire semble finalement être apparue s'avère « plus universelle » que celle envisagée par le modèle de Nice.

Une neuvième planète — ici en vue d’artiste — se cache-t-elle aux confins de notre Système solaire ? Le modèle développé par les chercheurs de la Michigan State University (États-Unis) ne l’exclut pas. © ESO, Tom Ruen, nagualdesign

Un modèle compatible avec l’existence d’une neuvième planète

La description proposée par les chercheurs de la Michigan State University éclaire également d'un jour nouveau la question de la planète X, cette mystérieuse -- et toujours hypothétique -- neuvième planète qui complèterait le portrait de famille de notre Système solaire. Rappelons en effet que selon le modèle de Nice, il aurait bien dû exister une cinquième planète géante. Mais que celle-ci aurait été éjectée en dehors de notre Système solaire pendant sa période d'instabilité, aidant ainsi les autres géantes gazeuses -- celles que nous connaissons bien -- à s'installer durablement sur leurs orbites respectives. L'ennui, c'est que certains astronomes pensent, eux, qu'une planète géante se cache toujours à la périphérie de notre Système solaire. Mais qu'ils peinent encore à en trouver la preuve.

Le nouveau modèle présenté ici n'apporte pas de réponse définitive. Les chercheurs notent simplement que leurs simulations rendent des résultats similaires lorsqu'ils partent d'un système composé de quatre ou de cinq planètes géantes. Un système composé dès le départ de quatre géantes gazeuses finit avec des orbites qui correspondent très bien à celles de Jupiter, de Saturne, d'Uranus et de Neptune. Mais un système composé au départ de cinq géantes gazeuses apparaît finalement comme celui qui a le plus de chance de finir avec quatre planètes géantes. Espérons que l'observatoire Vera Rubin -- qui doit entrer en opération à la fin de l'année prochaine -- nous donnera enfin la réponse !

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