À la poursuite de la Planète Neuf

Une flopée d'objets étrangement en orbite semble suggérer qu'un monde massif et encore invisible est en train de se cacher dans les confins extérieurs de notre système solaire.

Par Jake Parks  | Publication: vendredi 3 janvier 2020

Le monde hypothétique appelé Planet Nine devrait être une planète super-Terre ou sous-Neptune avec une orbite qui pourrait potentiellement l'éloigner des dizaines de fois du Soleil de la planète naine Pluton. 

NASA / JPL-Caltech / R. Blessé (IPAC)

Il y a un peu plus d'un an, un trio d'astronomes a établi un record pour l'objet le plus éloigné jamais découvert dans le système solaire. Parce que le petit monde a été trouvé plus de trois fois plus éloigné du Soleil que Pluton, l'équipe l'a surnommé à juste titre FarOut.

Mais la distance incroyable de FarOut d'environ 123 unités astronomiques - où 1 unité astronomique (AU) est égale à la distance moyenne entre le Soleil et la Terre - n'est pas la seule chose qui rend ce monde fascinant. Ces dernières années, le même groupe de chercheurs a découvert une poignée d'autres corps extrêmement éloignés. Et, à leur grande surprise, ils ont déterminé qu'un grand nombre de ces objets s'approchaient le plus près du Soleil, ou atteignaient le périhélie, à peu près au même point dans l'espace. 

Les chercheurs pensent que cette liste croissante d'objets en cluster - dont FarOut est soupçonné de faire partie - est la meilleure preuve à ce jour de l'existence d'un monde insaisissable qui se cache dans les franges extérieures de notre système solaire. Un monde appelé Planet Nine. 

Trouver des objets éloignés

Scott Sheppard et son équipe ont beaucoup fait l'actualité ces derniers temps pour leur liste toujours croissante de découvertes lointaines. En effet, Sheppard, astronome à la Carnegie Institution for Science, et ses collègues astronomes Chad Trujillo de la Northern Arizona University et David Tholen de l'Université de Hawai'i, effectuent à ce jour l'étude la plus complète des objets du système solaire au-delà de Pluton. Selon Sheppard, depuis le début de l'enquête de l'équipe en 2012, elle a permis de récupérer environ 80% de tous les objets du système solaire découverts au-delà de 60 UA.

Mais Sheppard et son équipe n'ont pas encore fini. Au cours des prochaines années, ils s'attendent à ce que leur enquête détecte de nombreux objets trans-neptuniens (TNO) plus éloignés et plus faibles, qui sont des corps rocheux gelés situés devant Neptune dans une région appelée la ceinture de Kuiper. «À ce jour, nous avons couvert environ 25% du ciel», a déclaré Sheppard. 

Et bien que FarOut, dont la largeur est estimée à environ 500 kilomètres, soit presque à la limite d'observation de ses télescopes, plus l'objet est grand, plus il est facile à repérer. Donc, selon Sheppard, ils devraient être capables de détecter quelques objets légèrement plus gros situés encore plus loin. 

Grâce à leur enquête, Sheppard et son équipe travaillent à augmenter le nombre d'objets distants connus comme FarOut. Ils espèrent que cela leur donnera une meilleure idée de ce qui aligne les orbites de bon nombre de ces corps éloignés, les aidant peut-être enfin à retrouver la planète Nine. 

Pour effectuer leur étude des objets les plus éloignés du système solaire, Sheppard et ses collègues s'appuient sur le télescope Subaru. 

Robert Linsdell / Flickr

Cependant, Sheppard souligne que FarOut ne sert pas encore de preuve pour Planet Nine. Parce que FarOut est tellement, eh bien, très loin, il est très difficile de déterminer son orbite. Il est donc difficile de dire si la nouvelle découverte est en fait un membre du groupe unique de TNO qui fait allusion à l'existence de Planet Nine, ou si c'est juste un objet banal dans un environnement relativement ennuyeux, quoique distant, orbite. 

Bien que Sheppard et son équipe soient déjà assez confiants quant à la vitesse de FarOut (et donc à sa distance), afin de confirmer la trajectoire orbitale de FarOut, ils doivent d'abord collecter plus d'images de celui-ci se déplaçant dans le ciel. "Vous avez besoin d'un arc d'un an dessus pour réellement faire descendre l'orbite", explique Sheppard. Et parce qu'ils n'ont pas encore un an de données pour FarOut, dit-il, "nous avons besoin d'une autre observation en novembre [2019] pour obtenir une orbite fiable." Au moment d'écrire ces lignes, Sheppard attend avec impatience la nouvelle Données de novembre.

Mais FarOut n'est pas le seul monde qui pourrait aider à ouvrir la voie à la planète neuf. En octobre 2018, les chercheurs ont annoncé la confirmation d'une autre découverte lointaine appelée 2015 TG387, qu'ils surnommaient, dans l'esprit d'Halloween, The Goblin. Bien que la roche glacée de 200 milles de large (320 km) ait été vue pour la première fois à environ 80 UA, elle a une orbite particulièrement excentrique, ce qui signifie qu'elle oscille exceptionnellement loin du Soleil. «L'orbite du gobelin est très grande. Il a un axe semi-majeur d'environ 1 000 UA », dit Sheppard,« ce qui signifie qu'il faut environ 40 000 ans pour faire le tour du Soleil une fois ».

En raison du temps qu'il faut au Gobelin pour terminer une seule orbite, l'équipe a eu besoin de trois ans d'observations après sa découverte initiale en 2015 pour déterminer son chemin exact à travers le ciel. Mais une fois qu'ils l'ont épinglé, ils ont appris que le TNO excentrique arrive au périhélie à peu près au même point dans l'espace qu'une poignée d'autres objets remarquables. Il s'agit notamment de la découverte antérieure de l'équipe de 2012 VP113 (qu'ils ont surnommé Biden comme un clin d'œil au «VP» dans sa désignation) et Sedna, une planète naine environ la moitié du diamètre de Pluton qui a été découverte en 2003. 

C'est ce pack récemment identifié d'objets regroupés en périhélie, que Sheppard appelle les «TNO extrêmes», qui suggère qu'une planète invisible et massive se cache à la périphérie de notre système solaire. 

La chasse à la Planète Neuf

Avec l'avancement de puissants télescopes d'enquête, ainsi que de logiciels sophistiqués capables de parcourir des quantités massives de données comme jamais auparavant, nous commençons à peine à parcourir les régions éloignées du système solaire à la recherche de planètes naines glacées et similaires. Mais la découverte de cette classe particulière de TNO extrêmes indique que les planètes naines ne sont peut-être pas les rois et les reines de la ceinture de Kuiper. Au lieu de cela, il y a un dossier croissant de preuves qui suggèrent qu'un monde colossal d'environ cinq à 15 fois la masse de notre propre planète se cache bien au-delà, jouant le rôle de marionnettiste à la collection étrangement groupée de corps éloignés. 

Scott Sheppard et Chad Trujillo ont remporté le prix Farinella 2019 pour leur travail d'exploration et de caractérisation d'objets dans le système solaire externe. 

Europlanet / G. Mantovani

En 2016, les astronomes de Caltech Kostantin Batygin et Mike Brown ont publié un article intitulé «Evidence for a Diant Giant Planet in the Solar System». dans l'espace, malgré des trajectoires orbitales différentes. Selon cette étude, la probabilité qu'un tel regroupement soit le résultat du hasard est d'environ 0,007% (ou 1 sur 14 000). De plus, au début de 2019, Batygin et Brown ont également montré qu'il n'y avait qu'une probabilité d'environ 0,2% (ou 1 sur 500) que le regroupement soit le résultat de biais d'observation. 

"Sur la base du regroupement des objets que nous trouvons qui sont très éloignés comme Le Gobelin", dit Sheppard, "une planète super-Terre qui est à quelques centaines d'UA" pourrait les guider vers leur position. Grâce à des simulations de pointe, les chercheurs s'attendent à ce que la Planète Neuf (parfois appelée Planète X) se trouve sur une orbite quelque peu excentrique qui lui prend environ 400 UA du Soleil. Mais, dit Sheppard, "la planète pourrait être à environ 1 500 UA de distance dans les modèles de planète les plus massifs."

Mais si la Planète Neuf existe vraiment, pourquoi tourne-t-elle si loin du Soleil? 

C'est toujours une question très débattue. «Il y a deux théories principales sur la façon dont la planète est sortie là-bas», dit Sheppard. «Le scénario le plus probable que j'appelle le« runt de la famille des planètes géantes ». «Dans ce scénario, la planète Nine s'est formée aux côtés de Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune, ce qui, selon Sheppard, a probablement commencé leur vie à environ 5 à 15 UA l'un de l'autre. «Il y a probablement plusieurs objets de la taille de la Terre et plus gros qui se sont formés dans cette zone», dit-il. Alors que la planète Nine se formait, «elle atteignit plusieurs masses terrestres, mais elle se rapprocha probablement trop de Jupiter et de Saturne et se jeta vers l'extérieur». Cela finit par pousser la planète Nine encore en formation hors de la zone d'alimentation, ce qui retardé sa croissance avant de pouvoir atteindre la taille d'une véritable planète géante.  

Selon Sheppard, "cela pourrait être un objet capturé d'un autre système stellaire". Parce que les étoiles se forment à partir de nuages ​​massifs de gaz et de poussière qui se condensent, elles naissent en portées, pas isolées. Ainsi, au début de l'histoire du système solaire, le Soleil était entouré de nombreuses autres étoiles proches qui interagissaient toutes par gravitation. Selon Sheppard, cela signifie que d'autres étoiles «jetaient des objets hors de leur système solaire, donc il y avait probablement beaucoup de planètes flottantes éjectées de toutes ces étoiles différentes.» Et si l'une des planètes voyous s'égarait trop près de la Soleil, il y a une chance qu'il ait été saisi par notre propre système solaire, où il est resté depuis.

Pour effectuer leur étude des objets les plus éloignés du système solaire, Sheppard et ses collègues s'appuient sur le télescope Victor Blanco, situé à l'Observatoire interaméricain Cerro Tololo au Chili. 

NOAO / AURA / NSF

Cependant, pour que le Soleil capture une telle planète, «il faudrait que vous la ralentissiez d'une manière ou d'une autre», dit Sheppard. «C'est donc le facteur discutable.» Bien que capturer une planète éjectée ne soit pas la chose la plus facile à faire, Sheppard souligne que cela pourrait arriver. Par exemple, dit-il, il y avait probablement beaucoup plus de gaz et de poussière dans le premier système solaire, ce qui signifie qu'une planète qui s'approche «aurait pu être ralentie et capturée par friction». 

Il y a aussi une troisième possibilité: le système solaire a été secoué dans le passé par une étoile errante. Dans une recherche publiée l'année dernière, les astronomes ont annoncé la découverte d'une exoplanète nommée HD 106906 b, qui selon eux a été exilée sur une grande orbite perturbée grâce à une paire d'étoiles qui passaient trop près de son système. Selon Batygin, il est possible qu'un processus similaire se soit produit lorsque le Soleil était encore près d'autres étoiles de son amas natal. 
 

Prouver l'existence de Planet Nine 

Le problème avec Planet Nine est que pour que nous soyons sûrs à 100% qu'il existe, nous devons le voir de nos propres yeux. Heureusement, Sheppard dit: «notre enquête est conçue non seulement pour trouver la planète, mais pour tripler le [nombre] d'objets très éloignés connus. Ces objets très éloignés sont ceux qui sont sensibles à la planète, et mieux comprendre leurs tendances de regroupement nous aidera à mieux localiser la planète et à montrer qu'elle est réelle. »

En doublant même le nombre connu de TNO extrêmes en orbite bien au-delà de Neptune (qui est actuellement un échantillon d'une douzaine environ), les chercheurs pensent qu'ils peuvent déterminer si Planet Nine est vraiment là ou non. Et, plus important encore, une taille d'échantillon accrue peut les aider à contraindre davantage exactement la planète Nine sur son orbite. Mais pour l'instant, Sheppard dit: «Aucun des objets périhéliens les plus éloignés avec de grands axes semi-majeurs ne contredit évidemment la tendance au regroupement, mais encore une fois, nous ne parlons que d'un peu plus qu'une poignée d'objets."

Konstantin Batygin (à gauche) et Mike Brown (à droite) ont également joué un rôle clé dans la progression de l'hypothèse de Planet Nine. 

Lance Hayashida / caltech

Bien qu'il soit fascinant de se demander si une planète cachée plusieurs fois la masse de la Terre glisse dans le système solaire externe, il existe des théories alternatives qui tentent d'expliquer les orbites groupées des TNO extrêmes sans utiliser la planète Nine. Par exemple, certains chercheurs suggèrent que les effets perturbateurs de l'orbite de Planet Nine pourraient être causés par un disque distant et massif de petits objets glacés - ou peut-être même par un trou noir primordial de la taille d'une baseball de masse similaire qui a été capturé par le système solaire .

Cependant, "l'hypothèse de la planète est la plus simple et la meilleure explication", dit Sheppard. «Un disque massif pourrait être possible, mais nous ne voyons aucun disque massif là-bas, et s'il y en avait un, il serait plus difficile à expliquer que d'avoir une seule planète.» Et quant à la théorie du trou noir, dit Batygin, «Ce qui est important à comprendre ici, c'est que tous les calculs peuvent nous dire que c'est la masse de la planète neuf, pas sa composition. Donc en principe, Planet Nine peut être une planète, une pomme de terre, un trou noir, un hamburger, etc., tant que les paramètres orbitaux sont corrects. »

Ainsi, bien que l'existence et la nature exacte de la planète Nine soient toujours discutées, l'équipe de Sheppard effectue actuellement l'étude la plus large et la plus approfondie du système solaire pour aider à le découvrir avec certitude. «J'aime toujours dire qu'il est plus probable qu'improbable que [Planet Nine] existe là-bas. Je dirais quelque part entre 80 et 90%. » 

"La principale raison pour laquelle je suis si enthousiasmé par ce travail", dit Batygin, "est parce qu'il existe une opportunité à court terme pour la détermination observationnelle d'une manière ou d'une autre."

Mais pour l'instant, Sheppard dit: «C'est excitant de regarder le ciel que personne n'a jamais imaginé aussi profondément que nous. C'est comme Forrest Gump l'a dit: chaque image que nous prenons est comme une boîte de chocolats, vous ne savez jamais ce que vous allez trouver. »

Source: http://www.astronomy.com
Lien: http://www.astronomy.com/magazine/2020/01/in-pursuit-of-planet-nine?utm_source=asyfb&utm_medium=social&utm_campaign=asyfb&fbclid=IwAR0DBzxpYEUpAW8fUtvUqsvnNBbgQyUc-KERHyEVtBwZgevbdbQPoJD6590