Va-t-on bientôt découvrir la neuvième planète du Système solaire ?

Les probabilités de trouver une neuvième planète dans le Système solaire diminuent. Sa présence a été supposée en 2016 par des chercheurs de Caltech, à la suite de calculs d’orbites d’objets lointains. Certains objets transneptuniens, notamment dans la ceinture de Kuiper, semblent se déplacer comme s’ils subissaient l’influence gravitationnelle d’un corps massif, typiquement une planète. Depuis, les scientifiques sont à sa recherche, mais elle reste introuvable.

En effet, si elle est bien présente, alors elle devrait se situer à une distance entre 100 et 1.000 unités astronomiques (u.a), soit environ entre 10 et plus de 100 milliards de kilomètres du Soleil, soit des dizaines de fois la distance Soleil-Neptune ! De fait, sa luminosité devrait être particulièrement faible car très peu éclairée par le Soleil, rendant la détection compliquée. Dans une nouvelle publication acceptée par la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, d’autres astronomes se sont mis à sa recherche. 

Deux campagnes d’observation dans l’infrarouge, à plus de 20 ans d’écart

Pour cela, ils ont utilisé des relevés infrarouges établis à 23 ans d’écart : si la planète est bien là, alors sa période de révolution autour du Soleil est particulièrement lente, de l’ordre de plusieurs milliers d’années. Ainsi, en prenant des mesures sur un nombre suffisant d’années, les chercheurs s’assurent qu’elle se trouve dans deux positions différentes, la rendant détectable par des différences de signaux. L’infrarouge est utilisé car, comme ils l’expliquent dans leur étude, « les grosses planètes sont des sources de chaleur non négligeables qui peuvent être détectables dans l’infrarouge. Le pic de ce rayonnement dépendra de la température aux niveaux les plus élevés de l’atmosphère de la planète, et se situera très probablement dans l’infrarouge lointain ».

Or, d’après les orbites observées dans la ceinture de Kuiper, l’influence gravitationnelle correspond à une masse entre 5 et 10 masses terrestres. Ainsi, l’équipe a recherché un signal pouvant correspondre à une telle masse dans les données acquises en 1983 et 2006 par l’Infrared Astronomical Satellite (IRAS) et le télescope spatial japonais Akari. Ils se sont ensuite concentrés sur la zone autour du plan équatorial, supposant que la planète hypothétique y serait ou en serait proche. Enfin, ils ont ciblé une zone d’éloignement du Soleil assez large, la distance entre la planète 9 et le Soleil n’étant pas évaluée de manière fixe, plus exactement « de 700 UA jusqu’à presque le début du nuage d’Oort, qui est généralement supposé s’étendre de ∼ 10.000 UA à 100.000 UA ».

Plus de 500 candidats, aucun ne correspond à la neuvième planète

La zone couverte, comme l’expliquent les chercheurs, ne couvre pas toutes les possibilités évoquées dans les précédentes études, mais une grande partie. Leur approche a consisté à chercher des paires de sources dans les deux catalogues, qui « correspondaient suffisamment bien pour “approximer” une répartition du corps noir de Planck (expliquant l’émission infrarouge) à une masse planétaire et une température plausibles ». Rien que dans la zone couverte, les chercheurs ont décelé plus de 500 candidats, 535 exactement ! Mais parmi tous ces candidats, aucun ne semble avoir une signature infrarouge convaincante.

Ils se sont révélés pour la plupart appartenir à des cirrus infrarouges ou des nébuleuses, des filaments ou des nuages de gaz interstellaire particulièrement visibles dans l’infrarouge. Leur conclusion est donc négative : « Nous n’avons pas trouvé de nouvelle planète dans la région que nous avons explorée jusqu’à présent ». Il reste cependant de l’espoir car ils n’ont pas détaillé toute la région dans laquelle la mystérieuse planète 9 pourrait se trouver, mais pour ça, il faudra attendre d’autres études complémentaires.

Ce qu’il faut retenir

• 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. Mais, selon d’autres astronomes, des simulations numériques soutiennent la thèse que les perturbations gravitationnelles, qui suggèrent sa présence, pourraient être dues à un disque de petits corps glacés bien au-delà de Pluton.
• Des chercheurs ont étudié une partie de la zone dans laquelle pourrait se trouver cette planète neuf, grâce à des relevés infrarouges détaillés. Malheureusement, pas de planète à l’horizon.

La mystérieuse planète 9 existe-t-elle vraiment ?

Article de Laurent Sacco publié le 11/05/2020

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 30 milliards de kilomètres du Soleil. Mais peut-être pas car des simulations numériques soutiennent la thèse que les perturbations gravitationnelles, qui suggèrent sa présence, pourraient être dues à un disque de petits corps glacés bien au-delà de Pluton.

On se souvient de la petite bombe que deux astronomes du célèbre Caltech, Mike Brown et Konstantin Batygin, ont fait « exploser » dans un article de The Astronomical Journal en janvier 2016. Les deux chercheurs faisaient savoir qu’en analysant les caractéristiques des orbites d’objets transneptuniens, ils en avaient déduit la présence d’une planète géante comparable en masse et en taille à Neptune, à plus de 30 milliards de kilomètres du Soleil. Il pourrait s’agir d’une exoplanète capturée par le Soleil ou d’un corps qui se serait formé, comme les autres, à l’aube de l’histoire du Système solaire et aurait ensuite migré. C’est le champ de gravité de cette géante qui aurait perturbé les orbites des petits corps célestes.

Jusqu’à présent, il a été impossible de découvrir cette neuvième planète dans le Système solaire et ce n’est guère étonnant car elle serait si loin du Soleil qu’en raison d’une des lois de Kepler son mouvement est nécessairement très lent et si on ajoute une luminosité très faible, cela en fait un astre très difficile à identifier sur la voûte céleste. Cela autorise donc toutes sortes d’hypothèses comme celle de l’inexistence de cette nouvelle planète. Mais il faut alors rendre compte des perturbations gravitationnelles qui semblent bien réelles et avoir conduit aux orbites exotiques des objets transneptuniens.

Un disque de petits corps produit par les migrations planétaires ?

C’est précisément cette voie qu’a choisi d’explorer depuis quelque temps Ann-Marie Madigan, une astrophysicienne de l’université du Colorado à Boulder. Notamment avec son étudiant en thèse Alexander Zderic, la chercheuse a déposé récemment sur arxiv deux articles en cours de publication sur ce sujet. Avec ses collègues, elle montre via des simulations numériques de type N corps en mécanique céleste qu’il est possible de rendre compte des observations en postulant l’existence d’un disque annulaire constitué de millions de petits corps glacés qui se serait mis en place il y a plus de 4 milliards d’années, au tout début de l’histoire du Système solaire.

Ce disque contiendrait l’équivalent de 20 fois la masse de la Terre environ mais comme il serait très dispersé, son influence gravitationnelle serait faible et comme elle se serait exercée pendant des milliards d’années, elle aurait fait évoluer lentement mais sûrement les paramètres orbitaux des transneptuniens qui intriguaient Mike Brown et Konstantin Batygin. Ce disque se serait mis en place à cause des migrations planétaires du genre de celles envisagées avec le fameux Modèle de Nice. Ces migrations auraient expulsé sur des orbites lointaines les petits corps célestes dont les restes seraient aujourd’hui dans le disque postulé.

Toujours est-il que Brown et Batygin ne sont pas encore convaincus par ce travail ni par les déclarations de Madigan qui pense que selon le rasoir d’ockham, son hypothèse est la plus probable. Batygin explique ainsi que, selon lui, un tel disque aussi distant du Soleil, à savoir bien au-delà de Pluton, et qui se serait mis en place très tôt dans l’histoire du Système solaire, aurait dû être déstabilisé par les étoiles sœurs du Soleil qui étaient encore relativement proches de lui après sa naissance.

Mais Ann-Marie Madigan a montré que le disque postulé pouvait s’être mis en place suffisamment tardivement malgré tout pour que ces étoiles nées dans le même amas ouvert que le Soleil, il y a plus de 4,5 milliards d’années, aient eu le temps de s’éloigner suffisamment pour laisser le disque de débris glacé relativement stable depuis les derniers milliards d’années.

Mais selon Scott Tremaine, célèbre astrophysicien à l’Institute for Advanced Study de Princeton, il faudrait tout de même qu’au début de son histoire le disque ait contenu environ 20 masses solaires, ce qui n’est en rien évident selon le chercheur. Affaire à suivre donc, en espérant que des instruments comme l’Observatoire Vera-C.-Rubin (Vera C. Rubin Observatory), anciennement nommé Large Synoptic Survey Telescope (LSST, en français « Grand Télescope d’étude synoptique ») nous aideront au cours de cette décennie à y voir plus clair.

La mystérieuse planète 9 serait plus proche de nous que prévu

Article de Laurent Sacco publié le 01/03/2019

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 30 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.

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.

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.

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.