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« Notre Système solaire renferme-t-il une neuvième planète ? »

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.

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