Neuvième planète : « Si elle existe, elle sera détectée très bientôt »

Vue d’artiste de la neuvième planète du Système solaire, située au-delà de Neptune. © Caltech/R. Hurt (IPAC)
Une Terre géante orbite-t-elle au-delà de Neptune ? Certains astronomes en sont aujourd’hui convaincus : un astre inconnu semble régenter les orbites des petits corps évoluant dans la banlieue sombre et froide du Soleil.

À l’heure où l’on détecte de nouvelles planètes autour d’étoiles lointaines — quelque 3500 connues à ce jour —, notre propre Système solaire ne serait pas encore complètement exploré. Il contiendrait dans ses faubourgs un astre de 10, voire 15 fois la masse de la Terre. La « planète 9 ».

L’hypothèse d’une neuvième planète — autrefois appelée planète 10 ou X, quand Pluton faisait encore partie du cortège planétaire — est ancienne. Mais elle a ressurgi en 2013, avec plus de crédibilité que jamais.

À la fin de l’année précédente, en effet, deux astronomes — Scott Sheppard, du Carnegie Science Institute, et Chad Trujillo, de l’observatoire Gemini (Hawaï) — détectent au-delà de Neptune un objet étrange : 2012 VP113.

Un objet sème le trouble

L’astre circule sur une orbite fortement allongée, entre 80 et 400 unités astronomiques du Soleil (1 UA égale la distance Terre-Soleil). En cela, il ressemble beaucoup à un autre objet transneptunien découvert en 2003 : Sedna, dont la distance au Soleil varie entre 76 et 900 UA.

Mais les deux astres ont bien plus que cela en commun : ils se trouvent au périhélie (le point le plus proche du Soleil) lorsqu’ils franchissent l’écliptique, le plan dans lequel tournent les planètes du Système solaire. Mieux, les dix objets les plus lointains détectés au-delà de Neptune, dans cette région du Système solaire baptisée Ceinture de Kuiper, sont eux aussi alignés de façon troublante.

Sur cette vidéo, la trajectoire des objets de Kuiper apparaît en rose et celle
de l’éventuelle planète en orange. © Caltech/R. Hurt (IPAC)

Une telle similitude est très surprenante, pour Alessandro Morbidelli, spécialiste de l’évolution du Système solaire à l’observatoire de Nice :

Les corps devraient présenter des orientations toutes différentes. Tout se passe comme si l’influence gravitationnelle d’une grosse planète verrouillait leur orbite.

Au vu de cet argument massue, la neuvième planète paraît si réelle qu’elle est désormais activement recherchée. Notamment par Mike Brown, célèbre chasseur de mondes lointains à qui l’on doit la découverte des objets transneptuniens Quaoar et Éris, comme il nous l’expliquait en 2015 : « Depuis mars 2015, nous menons des campagnes d’observation chaque année, au printemps et à l’automne avec le télescope de 8,2 m Subaru (Hawaï), et nous pensons la détecter d’ici cinq ans. »

Illusoire ? Certains le pensent, dont Michele Bannister, de la Queen’s University Belfast (Irlande du Nord). En 2013, son équipe a mis la main sur un autre objet lointain : SY99, dont la découverte n’a été révélée qu’au printemps 2017, et qui gravite entre 40 et 730 UA du Soleil. Problème : il n’est pas du tout aligné comme les douze autres spécimens de sa catégorie.

SY99 fait de la résistance

Dans un article paru sur le site The Conversation, la chercheuse écrit même que, si la neuvième planète existait, « elle aurait éjecté [SY99] en dehors du Système solaire ou l’aurait envoyé sur une orbite si allongée que nous serions incapables de le détecter. » Pis : selon Michele Bannister, les conclusions sur l’orientation de VP113 et consorts sont faussées par un biais observationnel :

Ces objets sont très faibles, donc uniquement observables lorsqu’ils se trouvent au plus près du Soleil. Si ceux que l’on observe sont tous au périhélie, c’est tout simplement parce qu’on ne peut pas observer les autres. Si on le pouvait, on s’apercevrait que l’étrange similarité entre les objets lointains extrêmes ne tient pas.

Oups ! Plus besoin d’une planète supplémentaire, donc ? Pas si vite. Mike Brown ne s’est pas laissé faire. Dans un article publié à l’été 2017, le chercheur reconnaît que « les biais existent clairement pour ce genre d’observations ».

Mais, simulations numériques à l’appui, il ajoute que la probabilité pour que l’alignement de VP113 et sa bande soit dû à un biais ou au hasard est de 0,02%. Soit deux chances sur 10 000. Mike Brown conclut : « La planète 9 est actuellement la seule hypothèse viable. »

Alessandro Morbidelli enfonce le clou :

Le fait que ces astres soient tous au périhélie quand ils traversent l’écliptique est peut-être dû à un biais. Mais ils passent tous l’écliptique du sud vers le nord, et jamais dans l’autre sens ! Cela, c’est inexplicable autrement que par la présence d’une grosse planète. 

Pour lui, le fait que SY99 ne soit pas aligné avec les autres ne détruit pas l’argumentaire : un corps de 10 à 15 masses terrestres aurait pour effet d’aligner beaucoup de petits objets de la région, mais certainement pas tous.

Planètes penchées

La planète 9 aurait aussi un autre effet, à plus grande échelle celui-ci : elle inclinerait l’ensemble des planètes du Système solaire. Or, c’est précisément ce que l’on observe.

« Les planètes sont constituées à partir du gaz et de la poussière qui n’ont pas servi à former leur étoile, reliquat qui gravite dans son plan équatorial, explique le chercheur niçois. On s’attend donc à ce que toutes nos planètes soient alignées sur l’équateur du Soleil. Mais elles circulent globalement dans un plan incliné de 7° par rapport à cet équateur. Jusqu’ici, on ne savait pas expliquer pourquoi », précise Alessandro Morbidelli.

« Or, récemment, deux équipes indépendantes, dont la nôtre, ont montré que si, dans l’enfance du Système solaire, une planète massive est éjectée sur une orbite lointaine et se retrouve donc fortement inclinée par rapport à l’écliptique, elle perturbe lentement les autres planètes. Au bout de 4 milliards d’années, elles se retrouvent toutes inclinées de... 7°. »

L’aiguille dans une botte de foin

Résumons : en plus d’être une hypothèse fascinante, la planète 9 expliquerait à merveille plusieurs anomalies observées dans le Système solaire. Alors où se cache-t-elle ? Arpenter toute la banlieue glacée du Système solaire, c’est infiniment plus laborieux que de rechercher une aiguille dans une botte de foin...

Deux astronomes de l’université Yale ont récemment réduit le champ des investigations. Foi de théoricien, si VP113 et les autres objets lointains extrêmes sont alignés de la sorte, c’est nécessairement qu’ils sont en résonance : le rythme de chacun d’entre eux est calé sur celui des autres (A fait exactement 2 tours du Soleil quand B en fait exactement 3, C exactement 5, etc.).

Sarah Millholand et Gregory Laughlin ont cherché à savoir, à l’aide de puissantes simulations numériques, s’il existait une planète de configuration orbitale particulière qui pourrait mettre ainsi tout le monde au pas. Et ils l’ont trouvée.

Une planète très, très lointaine

Selon leurs données, « la planète est 6 à 12 fois plus massive que la Terre, elle navigue en moyenne à 670 UA du Soleil sur une orbite très elliptique, et elle est inclinée de 30° par rapport à l’écliptique. »

Dans leur article, Sarah Millholand et Gregory Laughlin donnent même des coordonnées célestes d’une zone du ciel « prometteuse » pour la prospection. Sarah Millholand et Gregory Laughlin concluent :

Si cette planète existe vraiment, elle sera détectée très bientôt.

Manque de chance : la cachottière serait actuellement quasiment à l’aphélie, vers 1000 UA. C’est donc un objet très faiblement lumineux (probablement de magnitude 24-25). Pour compliquer la tâche des observateurs, elle est située devant le plan de la Galaxie. Vue de la Terre, elle est donc noyée dans un océan d’étoiles. Pour Alessandro Morbidelli :

Avec les instruments actuels, on est à la limite des possibilités de détection. Ce sera difficile, mais c’est faisable.

Mike Brown en est convaincu. En même temps qu’il répond aux sceptiques, il continue de poursuivre la planète 9. Notamment sur ordinateur. « Mes simulations numériques n’arrêtent pas de tourner afin de déterminer dans quelle zone du ciel observer, nous confie-t-il fin septembre 2017, juste avant sa dernière session d'observation avec le télescope Subaru, à Hawaï. Or, elles suggèrent que la planète est orientée de 30° ou de 19° par rapport à l'écliptique. Il faut que je choisisse entre les deux. Contrairement à ce que pensent Sarah Millholand et Gregory Laughlin, je pencherais plutôt pour une orientation de 19° », indique le chercheur américain.

L’astronome Mike Brown.
© L. Hayashida/Caltech

Prochaines sessions d'observation : mi-décembre 2017 et mi-février 2018. Après, le champ du ciel que les scientifiques arpentent ne sera plus visible. « Si d'ici là, nous n'avons pas encore trouvé la planète, nous saisirons la prochaine fenêtre d'observation possible, dès septembre 2018 », ajoute Mike Brown.

Ce, toujours avec le télescope Subaru. Mais bientôt, son équipe disposera d’un instrument bien plus puissant : le Large Synoptic Survey Telescope (LSST), un télescope de 8,4 m de diamètre. Actuellement en construction au Cerro Pachon (Chili), le LSST va sonder le ciel avec une précision inédite, identifiant le moindre déplacement d’objets, même très faibles. Il sera doté d’une caméra très grand champ couvrant en une seule prise, une zone du ciel large comme 49 fois la Pleine Lune.

Oui, la neuvième planète peut toujours exister. On attend maintenant que son chasseur, et principal avocat, en apporte la preuve.

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