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Planète 9, y es-tu ?

Planète 9, y es-tu ?

05.07.2024, par
Image Nasa / Jet Propulsion Laboratory-Caltech
Vue d’artiste de notre Système solaire.
Depuis près de dix ans, des astronomes tentent de prouver l’existence d’un objet massif qui évoluerait aux confins du Système solaire. Alors que la théorie est largement débattue, une récente étude affirme que l’absence d’un tel astre serait statistiquement impossible…

Depuis l’éviction de Pluton de la famille des planètes du Système solaire, ce dernier n’en compte plus que huit. Vraiment ? Et si une neuvième planète échappait à notre regard, cachée bien au-delà de la ceinture de Kuiper ? C’est ce que croient de nombreux astronomes, parmi lesquels Konstantin Batygin, du California Institute of Technology (Caltech, États-Unis) qui, en 2016, avec son collègue Michael Brown, annonce avoir découvert le signe de l’influence gravitationnelle de cette « Planète 9 » sur les orbites d'objets transneptuniens (objets dont l’orbite croise ou se trouve au-delà de celle de Neptune, Ndlr). Mais ces résultats sont fortement débattus : ces objets sont trop peu nombreux et les effets de sélection qui accompagnent les découvertes des relevés astronomiques n’auraient pas été correctement prises en compte. Dans une étude1 parue en avril dernier, les chercheurs et leurs collaborateurs ont donc tourné leur attention vers une classe d’objets a priori moins sujets aux biais observationnels. Et leur conclusion ne change pas : leurs orbites ne peuvent s’expliquer que si une planète encore inconnue les influence.

Une distribution non aléatoire

Les objets transneptuniens extrêmes sont des corps du Système solaire dont le périhélie, c’est-à-dire le point de leur orbite le plus proche du Soleil, est situé à au moins 50 fois la distance Terre-Soleil, et qui ont une trajectoire très elliptique. Leur périhélie est donc si éloigné qu’ils se rapprochent très peu de Neptune et sont donc très peu soumis à l’influence gravitationnelle des planètes géantes. De façon surprenante, des relevés astronomiques effectués sur plusieurs décennies, au cours du XXe et au début du XXIe siècle, révèlent que pour une dizaine de ces objets, leurs orbites semblent alignées. « Elles ont toutes la même orientation dans le ciel, leur distribution n’est pas aléatoire », précise Sean Raymond, au laboratoire d’astrophysique de Bordeaux2.

Image Caltech / R. Hurt (IPAC)
Représentation de l'orbite de six objets transneptuniens (en violet). En orange, l'orbite supposée de la mystérieuse "Planète 9". Le point brillant au centre de l'image est notre Soleil.
Image Caltech / R. Hurt (IPAC)
Représentation de l'orbite de six objets transneptuniens (en violet). En orange, l'orbite supposée de la mystérieuse "Planète 9". Le point brillant au centre de l'image est notre Soleil.

Pourtant, les lois de la mécanique céleste portent à croire que ce ne devrait pas être le cas. En effet, non seulement un objet tourne autour du Soleil, mais l’axe de son orbite oscille également autour de notre étoile. C’est ce que l’on appelle la précession. « Donc même s’il y a plus de 4 milliards d’années, un certain nombre d’objets avaient été expulsés dans la même direction à cause de perturbations dans le Système solaire primitif, en raison de ces précessions leurs orbites auraient dû se disperser depuis lors », pose Alessandro Morbidelli, astronome et planétologue au Laboratoire Lagrange3 et professeur au Collège de France. Que l’alignement des orbites ait été conservé au cours de toutes ces années est le signe que « quelque chose » force ces orbites à ne pas se comporter comme on pourrait s’y attendre. « Puisque les objets sont loin de Neptune, ce n’est pas l’influence gravitationnelle de cette dernière qui force les orbites à rester groupées. Pour expliquer cette anomalie, il doit exister une autre planète », appuie l’astronome.

Se départir des biais

L’hypothèse d’une planète cachée dans le Système solaire était née, et une publication4 de 2016 en dessine les contours : elle devrait avoir une masse comprise entre 5 et 7 fois celle de la Terre, et se déplacer sur une orbite elliptique, éloignée et inclinée. Mais cette conclusion a rapidement amené son lot de discussions, et surtout de scepticisme. En effet, est-on sûr qu’il y a réellement un alignement orbital ? Finalement, puisque ces alignements orbitaux ne peuvent s’appliquer que sur des objets qui ont des orbites très elliptiques et qui ne s’approchent pas beaucoup de Neptune, alors leur nombre est limité. Une dizaine d’objets n’est peut-être pas suffisante pour établir une statistique fiable. De plus, ces objets ont été découverts grâce à une multitude de relevés astronomiques et de personnes. Comment s’assurer que tous les biais observationnels sous-jacents à ces détections ont été correctement modélisés ?

« Il est très difficile de détecter des objets lointains dans certaines régions du ciel, comme dans le plan galactique par exemple, où il y a beaucoup d’étoiles. Si on n’observe pas d’objets transneptuniens qui passent dans ce plan, et qu’on ne tire des conclusions que par rapport aux objets qu’on a observés, alors cela introduit des biais, développe Sean Raymond. L’équipe de Batygin est convaincue que l’alignement qu’elle observe est intrinsèque à la population des objets qu’elle a pris en compte, mais ce n’est pas universellement accepté dans la communauté. »  

© Konstantin Batygin et al 2024 ApJL 966 L8 - Licence CC BY 4.0
A gauche : vue du dessus des orbites de plusieurs objets transneptuniens dont les biais observationnels sont bien connus. Le cercle pointillé bleu représente l'orbite de Neptune, l'étoile au centre le Soleil. A droite, les nombres adjacents aux points indiquent l'inclinaison orbitale de chaque objet en degrés.
© Konstantin Batygin et al 2024 ApJL 966 L8 - Licence CC BY 4.0
A gauche : vue du dessus des orbites de plusieurs objets transneptuniens dont les biais observationnels sont bien connus. Le cercle pointillé bleu représente l'orbite de Neptune, l'étoile au centre le Soleil. A droite, les nombres adjacents aux points indiquent l'inclinaison orbitale de chaque objet en degrés.

Jean-Marc Petit, astronome à l’Institut Univers, Théorie, Interfaces, Nanostructures, Atmosphère et environnement, Molécules5 (Utinam) a d’ailleurs pris le temps d’étudier les biais observationnels associés aux objets pris en compte dans la publication de 2016 et la manière dont ils y ont été traités. S’il pense également qu’il n’est pas impossible qu’il y ait réellement un groupement d’orbites, il trouve aussi que la probabilité que ce soit le cas est bien inférieure à ce qu’avancent Batygin et ses collaborateurs. « On ne dit pas qu’il n’y a pas de Planète 9, clarifie Jean-Marc Petit, mais que l’argument qu’ils mettent en avant n’est pas assez fort. » « Et c’est une position tout à fait légitime », convient Alessandro Morbidelli.

Une absence impossible

Dans un nouvel article, Konstantin Batygin, Alessandro Morbidelli, Michael Brown et David Nesvorný (planétologue au Southwest Research Institute) tentent donc une nouvelle approche. Au lieu de se concentrer sur des objets distants qui ont des orbites très elliptiques, qui n’approchent jamais de Neptune, et qui sont par conséquent très difficiles à observer, ils jettent cette fois leur dévolu sur des objets toujours transneptuniens, mais qui croisent l’orbite de Neptune. « Ces objets viennent relativement près de nous et sont brillants, ils sont donc plus faciles à observer, décrit Alessandro Morbidelli. On en connaît plusieurs et leurs biais observationnels sont plus simples à modéliser. »

De plus, ces objets sont très instables. En traversant l’orbite des planètes géantes, elles les dispersent et changent leurs orbites. Leur espérance de vie n’est ainsi que de quelques dizaines de millions d’années. Ils sont donc continuellement réalimentés par la population véritablement transneptunienne. « On a comparé un système avec une Planète 9 et un système sans, pour voir à quel taux on peut renouveler cette population d’objets qui croisent l’orbite de Neptune. Et on a trouvé que sans Planète 9, ce taux est trop faible, trop peu d’objets croisent l’orbite de Neptune. Avec la Planète 9, en revanche, nos modèles reproduisent beaucoup mieux les observations. » En d’autres termes, cette nouvelle étude a priori moins biaisée que les précédentes, conclut également fortement à l’existence d’une planète cachée. « C’est une très jolie idée, et leur résultat est assez clair », salue Sean Raymond. « C’est du très beau travail et je pense qu’ils tiennent quelque chose », félicite également Jean-Marc Petit. 

© Olivier Bonin / SLAC National Accelerator Laboratory
Vue par drone de l’observatoire Vera Rubin au sommet du mont Cerro Pachón, au Chili, en mai 2024.
© Olivier Bonin / SLAC National Accelerator Laboratory
Vue par drone de l’observatoire Vera Rubin au sommet du mont Cerro Pachón, au Chili, en mai 2024.

Alors la présence d’une neuvième planète est-elle actée ? « Ce n’est pas si simple, tempère Sean Raymond. En principe, dans cette étude, il y a moins de biais observationnels, mais c’est vraiment difficile de dégager tous les biais. Rien ne dit qu’il n’en reste pas qui sont cachés. » Des biais cachés, Jean-Marc Petit en liste plusieurs : « Par exemple, les relevés qu’ils utilisent ne sont pas dédiés aux objets transneptuniens. De plus, la taille des objets, dont ils ne tiennent pas compte, peut avoir son importance. » Toute observation s’accompagne d’erreurs et d’approximations qu’il peut être difficile de prendre en considération. « C’est pourquoi, même si on a de bonnes raisons de penser que la Planète 9 est là, on ne devrait jamais croire que quelque chose existe avant de l’avoir trouvé, rapporte Sean Raymond. On doit la chercher avec l’esprit ouvert. »

Et pour partir en quête de la Planète 9, les astronomes seront bientôt épaulés par un observatoire d’envergure : le télescope Vera-Rubin, en cours de construction au Chili, qui devrait être mis en fonction au premier trimestre 2025. « L’avantage du Vera-Rubin est qu’il regarde plus de la moitié du ciel tous les deux ou trois jours, avec une profondeur sûrement aussi bonne que l’observatoire spatial Hubble, révèle Sean Raymond. Il est vraiment conçu pour trouver des objets sombres et qui bougent dans le ciel, comme la Planète 9. Ce n’est pas sûr à 100 % qu’il la trouvera même si elle existe, mais s’il ne la trouve pas, ça sera difficile de continuer à croire qu’elle est bien là. »

Et si ce n’était pas une planète ?

L’alignement des orbites de certains objets a donné de la suite dans les idées de quelques chercheurs. Pour eux, cette anomalie pourrait être le fruit soit d’un immense disque de corps célestes situés loin dans le Système solaire, soit d’un mini trou noir. « Ce sont des idées loufoques, plaisante Alessandro Morbidelli. J’aimerais bien qu’on m’explique comment on forme un trou noir de 5 masses terrestres. » Idem pour le disque très excentrique : s’il est constitué de multiples corps célestes, certains d’entre eux auraient déjà dû être observés par occultation, en passant devant les étoiles. Mais on n'a jamais rien vu de tel. « En revanche, qu’il existe une planète sur l’orbite que l’on pense être celle de la Planète 9 est assez naturel dans le processus de formation des planètes géantes : quand elles grandissent, elles expulsent au loin des planètes de quelques masses terrestres, et ces planètes peuvent rester piégées sur une orbite excentrique distante. » Si la Planète 9 existe, c’est donc très certainement… une planète. ♦

À lire sur notre site
Planète 9 : la piste se précise
La neuvième planète (chronique de Denis Guthleben, historien du CNRS)
 

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