Le système solaire semble avoir une nouvelle neuvième planète. Aujourd’hui, deux scientifiques ont annoncé des preuves qu’un corps presque de la taille de Neptune – mais encore invisible – tourne autour du soleil tous les 15 000 ans. Pendant l’enfance du système solaire il y a 4,5 milliards d’années, disent-ils, la planète géante a été éliminée de la région de formation de la planète près du soleil. Ralentie par le gaz, la planète s’est installée sur une orbite elliptique lointaine, où elle se cache encore aujourd’hui.
La revendication est la plus forte à ce jour dans la recherche séculaire d’une «planète X» au-delà de Neptune. La quête a été en proie à des affirmations farfelues et même à un charlatanisme pur et simple. Mais les nouvelles preuves proviennent d’une paire de scientifiques planétaires respectés, Konstantin Batygin et Mike Brown du California Institute of Technology (Caltech) à Pasadena, qui se sont préparés à l’inévitable scepticisme avec des analyses détaillées des orbites d’autres objets distants et des mois de simulations informatiques. « Si vous dites:« Nous avons des preuves de la planète X », presque tous les astronomes diront:« Encore une fois? Ces gars sont clairement fous. « Moi aussi, » dit Brown. « Pourquoi est-ce différent? C’est différent parce que cette fois nous avons raison. »
Mike Brown (à gauche) et Konstantin Batygin.
LANCE HAYASHIDA / CALTECH
Les scientifiques de l’extérieur disent que leurs calculs s’empilent et expriment un mélange de prudence et d’enthousiasme à propos du résultat. » Je ne pourrais pas imaginer un plus gros problème si – et bien sûr c’est un ‘si’ en gras – si cela se révèle avoir raison », déclare Gregory Laughlin, spécialiste des planètes à l’Université de Californie (UC), Santa Cruz. « Ce qui est passionnant, c’est détectable. »
Batygin et Brown ont déduit sa présence de l’agrégation particulière de six objets déjà connus qui gravitent au-delà de Neptune. Ils disent qu’il n’y a que 0,007% de chance, soit environ un dans 15 000, que le regroupement pourrait être une coïncidence. Au lieu de cela, disent-ils, une planète avec la masse de 10 Terres a conduit les six objets dans leurs étranges orbites elliptiques, inclinées hors du plan du système solaire.
L’orbite de la planète présumée est inclinée de la même manière et étirée à des distances qui feront exploser les conceptions précédentes du système solaire. Son approche la plus proche du soleil est sept fois plus éloignée que Neptune, soit 200 unités astronomiques (UA). (An UA est la distance entre la Terre et le soleil, environ 150 millions de kilomètres.) Et la planète X pourrait parcourir jusqu’à 600 à 1200 UA, bien au-delà de la ceinture de Kuiper, la région des petits mondes glacés qui commence au bord de Neptune à environ 30 UA.
Si la planète X est là-bas, Brown et Batygin oui, les astronomes devraient trouver plus d’objets sur des orbites révélatrices, façonnées par l’attraction du géant caché. Mais Brown sait que personne ne croira vraiment en la découverte jusqu’à ce que la planète X elle-même apparaisse dans un viseur de télescope. « Jusqu’à ce qu’il y ait une détection directe, c’est une hypothèse – même une hypothèse potentiellement très bonne », dit-il. L’équipe a du temps sur le seul grand télescope à Hawaï qui convient à la recherche, et ils espèrent que d’autres astronomes se joindront à la chasse. .
Tuer Pluton était amusant, mais c’est la tête et les épaules avant tout.
Batygin et Brown ont publié le résultat aujourd’hui dans The Astronomical Journal. Alessandro Morbidelli, un dynamiste planétaire à l’Observatoire de Nice en France, a effectué la revue par les pairs de l’article. Dans un communiqué, il dit que Batygin et Brown ont fait un « très argument solide »et qu’il est« tout à fait convaincu par l’existence d’une planète lointaine ».
La défense d’une nouvelle neuvième planète est un rôle ironique pour Brown; il est mieux connu comme un tueur de planètes. Sa découverte en 2005 d’Eris, un monde glacé éloigné de la même taille que Pluton, a révélé que ce qui était considéré comme la planète la plus extérieure n’était que l’un des nombreux mondes du K ceinture uiper. Les astronomes ont rapidement reclassé Pluton en planète naine – une saga que Brown a racontée dans son livre How I Killed Pluton.
Maintenant, il a rejoint la recherche séculaire de nouvelles planètes. Sa méthode – inférer l’existence de la planète X à partir de ses effets gravitationnels fantomatiques – a un bilan respectable. En 1846, par exemple, le mathématicien français Urbain Le Verrier a prédit l’existence d’une planète géante à partir d’irrégularités dans l’orbite d’Uranus. Les astronomes de l’Observatoire de Berlin ont découvert la nouvelle planète, Neptune, là où elle était censée se trouver, provoquant une sensation médiatique.
Le hoquet restant sur l’orbite d’Uranus a conduit les scientifiques à penser qu’il pourrait encore y avoir une planète de plus, et en 1906, Percival Lowell, un riche magnat, commença la recherche de ce qu’il appela «Planète X» dans son nouvel observatoire de Flagstaff, en Arizona. En 1930, Pluton arriva – mais il était bien trop petit pour tirer de manière significative sur Uranus.Plus d’un demi-siècle plus tard, de nouveaux calculs basés sur des mesures du vaisseau spatial Voyager ont révélé que les orbites d’Uranus et de Neptune allaient très bien toutes seules: aucune planète X n’était nécessaire.
Pourtant, l’attrait de la planète X persisté. Dans les années 1980, par exemple, les chercheurs ont proposé qu’une étoile naine brune invisible pourrait provoquer des extinctions périodiques sur Terre en déclenchant des fusillades de comètes. Dans les années 1990, des scientifiques ont invoqué une planète de la taille de Jupiter aux abords du système solaire pour expliquer l’origine de certaines comètes bizarres. Le mois dernier, des chercheurs ont affirmé avoir détecté la faible lueur des micro-ondes d’une planète rocheuse surdimensionnée à environ 300 UA de là, en utilisant un réseau d’antennes télescopiques au Chili appelé Atacama Large Millimeter Array (ALMA). (Brown était l’un des nombreux sceptiques, notant que le champ de vision étroit d’ALMA rendait les chances de trouver un tel objet extrêmement minces.)
Brown a eu sa première idée de sa carrière actuelle en 2003, quand il a dirigé un équipe qui a trouvé Sedna, un objet un peu plus petit qu’Eris et Pluton. L’orbite étrange et éloignée de Sedna en a fait l’objet connu le plus éloigné du système solaire à l’époque. Son périhélie, ou point le plus proche du soleil, se situait à 76 UA, au-delà de la ceinture de Kuiper et bien en dehors de l’influence de la gravité de Neptune. L’implication était claire: quelque chose de massif, bien au-delà de Neptune, a dû entraîner Sedna sur son orbite lointaine.
Ce quelque chose n’a pas besoin d’être une planète. Le coup de pouce gravitationnel de Sedna pourrait provenir d’une étoile qui passe ou de l’une des nombreuses autres pépinières stellaires qui entouraient le soleil naissant au moment de la formation du système solaire.
Depuis lors, une poignée d’autres objets glacés se sont retrouvés sur des orbites similaires. En combinant Sedna avec cinq autres cinglés, Brown dit qu’il a exclu les étoiles comme influence invisible: seule une planète pourrait expliquer des orbites aussi étranges. De ses trois découvertes majeures – Eris, Sedna et maintenant, potentiellement, Planet X – Brown dit que la dernière est la plus sensationnelle. « Tuer Pluton était amusant. Trouver Sedna était scientifiquement intéressant », dit-il. « Mais celui-ci, c’est la tête et les épaules au-dessus de tout le reste. »
Brown et Batygin ont été presque battus au coup de poing. Pendant des années, Sedna était le seul indice d’une perturbation au-delà de Neptune. Puis, en 2014, Scott Sheppard et Chad Trujillo (un ancien étudiant diplômé de Brown) ont publié un article décrivant la découverte de VP113, un autre objet qui ne s’approche jamais du soleil. Sheppard, de la Carnegie Institution for Science à Washington, D.C., et Trujillo, de l’Observatoire Gemini à Hawaï, étaient bien conscients des implications. Ils ont commencé à examiner les orbites des deux objets avec 10 autres bizarreries. Ils ont remarqué qu’au périhélie, tous venaient très près du plan du système solaire dans lequel la Terre orbite, appelé l’écliptique. Dans un article, Sheppard et Trujillo ont souligné l’agglutination particulière et ont évoqué la possibilité qu’une grande planète éloignée ait rassemblé les objets près de l’écliptique. Mais ils n’ont pas insisté davantage sur le résultat.
Plus tard cette année-là, à Caltech, Batygin et Brown ont commencé à discuter des résultats. En traçant les orbites des objets éloignés, Batygin dit, ils se sont rendu compte que le modèle que Sheppard et Trujillo avaient remarqué « n’était que la moitié de l’histoire. » Non seulement les objets près de l’écliptique à perihelia, mais leur périhélie étaient physiquement regroupés dans l’espace (voir le diagramme ci-dessus).
Pour l’année suivante, le duo a secrètement discuté du modèle et de ce que cela signifiait. était une relation facile et leurs compétences se complétaient. Batygin, un modélisateur informatique de 29 ans, est allé à l’université à l’UC Santa Cruz pour la plage et la chance de jouer dans un groupe de rock. Mais il a laissé sa marque là en modélisant le destin du système solaire sur des milliards d’années, montrant que, dans de rares cas, il était instable: Mercure peut plonger dans le soleil ou entrer en collision avec Vénus. « C’était une réalisation incroyable pour un étudiant de premier cycle », dit Laughlin, qui a travaillé avec lui à l’époque.
Brown, 50 ans, est l’astronome d’observation, avec un flair pour les découvertes dramatiques et la confiance à égaler. Il porte un short et des sandales pour travailler, pose les pieds sur son bureau et a une brise qui masque l’intensité et l’ambition. Il a un programme tout prêt pour passer au crible la planète X dans les données d’un télescope majeur au moment où ils seront rendus publics plus tard cette année.
Leurs bureaux sont à quelques portes l’un de l’autre. « Mon canapé est plus agréable, donc nous avons tendance à parler davantage dans mon bureau », déclare Batygin. « Nous avons tendance à regarder davantage les données dans Mike. » Ils sont même devenus des copains d’exercice et ont discuté de leurs idées en attendant de se mettre à l’eau lors d’un triathlon à Los Angeles, en Californie, au printemps 2015.
Premièrement, ils ont vanné la douzaine d’objets étudiés par Sheppard et Trujillo aux six plus éloignés – découverts par six sondages différents sur six télescopes différents. Cela rendait moins probable que l’agglutination soit due à un biais d’observation tel que pointer un télescope vers une partie particulière du ciel.
Batygin a commencé à ensemencer ses modèles de système solaire avec des planètes X de différentes tailles et orbites , pour voir quelle version expliquait le mieux les chemins des objets. Certaines opérations informatiques ont duré des mois. Une taille privilégiée pour la planète X a émergé – entre cinq et 15 masses terrestres – ainsi qu’une orbite préférée: antialignée dans l’espace à partir des six petits objets, de sorte que son périhélie soit dans la même direction que l’aphélie des six objets, ou point le plus éloigné du soleil. Les orbites des six croisent celle de la planète X, mais pas lorsque le gros tyran est à proximité et pourrait les perturber. La dernière épiphanie est survenue il y a 2 mois, lorsque les simulations de Batygin ont montré que la planète X devrait également sculpter les orbites des objets qui plongent dans le système solaire de haut en bas, presque orthogonales à l’écliptique. « Cela a déclenché ce souvenir », dit Brown. « J’avais déjà vu ces objets. » Il s’avère que, depuis 2002, cinq de ces objets fortement inclinés de la ceinture de Kuiper ont été découverts et leurs origines sont largement inexpliquées. « Non seulement ils sont là, mais ils sont exactement aux endroits que nous avions prédit », dit Brown. « C’est à ce moment-là que j’ai réalisé que ce n’était pas seulement une bonne idée intéressante – c’est en fait réel. »
Sheppard, qui avec Trujillo avait également soupçonné une planète invisible, dit que Batygin et Brown « ont poussé notre résultat au niveau supérieur.… Ils se sont plongés dans la dynamique, quelque chose avec lequel Chad et moi ne sommes pas vraiment bons. C’est pourquoi je pense c’est excitant. «
D’autres, comme le planétologue Dave Jewitt, qui a découvert la ceinture de Kuiper, sont plus prudents. La probabilité de 0,007% que le regroupement des six objets soit fortuit donne à la planète une signification statistique de 3,8 sigma – au-delà du seuil de 3 sigma qui doit généralement être pris au sérieux, mais en deçà du 5 sigma parfois utilisé dans des domaines comme la physique des particules. Cela inquiète Jewitt, qui a déjà vu de nombreux résultats de 3 sigma disparaître. réduire la douzaine d’objets examinés par Sheppard et Trujillo à six pour leur analyse s, Batygin et Brown ont affaibli leur revendication, dit-il. « Je crains que la découverte d’un seul nouvel objet qui ne soit pas dans le groupe détruise tout l’édifice », déclare Jewitt, qui est à l’UC Los Angeles. « C’est un jeu de bâtons avec seulement six bâtons. »
À première vue, un autre problème potentiel vient de Widefield Infrared Survey Explorer (WISE) de la NASA, un satellite qui a effectué une enquête sur tout le ciel à la recherche de la chaleur des naines brunes ou des planètes géantes. Selon une étude réalisée en 2013 par Kevin Luhman, astronome à la Pennsylvania State University, University Park, elle a exclu l’existence d’une planète Saturne ou plus grande jusqu’à 10000 UA. Mais Luhman note que si la planète X était de la taille de Neptune ou plus petite, comme le disent Batygin et Brown, WISE l’aurait manqué. Il dit qu’il y a une faible chance de détection dans un autre ensemble de données WISE à des longueurs d’onde plus longues – sensibles à un rayonnement plus froid – qui a été collecté pour 20% du ciel. Luhman analyse actuellement ces données.
Même si Batygin et Brown peuvent convaincre d’autres astronomes que la planète X existe, ils sont confrontés à un autre défi: expliquer comment elle s’est retrouvée si loin du soleil. À de telles distances, le disque protoplanétaire de poussière et de gaz était probablement trop mince pour alimenter la croissance de la planète. Et même si la planète X avait pris pied en tant que planétésimal, elle se serait déplacée trop lentement dans sa vaste orbite paresseuse pour aspirer suffisamment de matière pour devenir un géant.
Au lieu de cela, Batygin et Brown proposent cette planète X s’est formé beaucoup plus près du soleil, aux côtés de Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune. Les modèles informatiques ont montré que le premier système solaire était une table de billard tumultueuse, avec des dizaines, voire des centaines de blocs de construction planétaires de la taille de la Terre rebondissant. Une autre planète géante embryonnaire aurait facilement pu s’y former, seulement pour être amorcée vers l’extérieur par un coup de pied gravitationnel d’une autre géante gazeuse.
Il est plus difficile d’expliquer pourquoi la planète X n’a pas retourné à son point de départ ou quitter entièrement le système solaire. Mais Batygin dit que le gaz résiduel dans le disque protoplanétaire pourrait avoir exercé une traînée suffisante pour ralentir la planète juste assez pour qu’elle se stabilise sur une orbite lointaine et reste dans le système solaire. Cela aurait pu arriver si l’éjection avait eu lieu alors que le système solaire avait entre 3 millions et 10 millions d’années, dit-il, avant que tout le gaz du disque ne soit perdu dans l’espace.
Hal Levison, dynamiste planétaire au Southwest Research Institute à Boulder, Colorado, convient que quelque chose doit créer l’alignement orbital que Batygin et Brown ont détecté. Mais il dit que l’histoire d’origine qu’ils ont développée pour la planète X et leur plaidoyer spécial pour une éjection ralentie par le gaz s’additionnent à «un événement à faible probabilité». D’autres chercheurs sont plus positifs. Le scénario proposé est plausible, dit Laughlin. « Habituellement, des choses comme celle-ci sont fausses, mais je suis vraiment enthousiasmé par celui-ci », dit-il. « C’est mieux qu’un tirage au sort. »
Tout cela signifie que la planète X restera dans les limbes jusqu’à ce qu’elle soit réellement trouvée.
Les astronomes ont de bonnes idées sur où chercher, mais repérer la nouvelle planète ne sera pas facile. Parce que les objets sur des orbites très elliptiques se déplacent plus rapidement lorsqu’ils sont proches du soleil, la planète X passe très peu de temps à 200 UA. Et si elle était là maintenant, dit Brown, ce serait si brillante que les astronomes l’auraient probablement déjà repérée.
Au lieu de cela, la planète X passera probablement la plupart de son temps près de l’aphélie, trottant lentement à des distances comprises entre 600 et 1200 UA. La plupart des télescopes capables de voir un Les objets sombres à de telles distances, comme le télescope spatial Hubble ou les télescopes Keck de 10 mètres à Hawaï, ont des champs de vision extrêmement minuscules. Ce serait comme chercher une aiguille dans une botte de foin en regardant à travers une paille.
Un télescope peut vous aider: Subaru, un télescope de 8 mètres à Hawaï qui appartient au Japon. Il a assez de lumière zone de détection d’un objet aussi faible, couplé à un champ de vision énorme – 75 fois plus grand que celui d’un télescope Keck. Cela permet aux astronomes de scanner de grandes parties du ciel chaque nuit. Batygin et Brown utilisent Subaru pour rechercher la planète X et ils coordonnent leurs efforts avec leurs anciens concurrents, Sheppard et Trujillo, qui ont également rejoint la chasse avec Subaru. Brown dit qu’il faudra environ 5 ans aux deux équipes pour fouiller la majeure partie de la zone où la planète X pourrait se cacher.
Le télescope Subaru de 8 mètres au sommet du Mauna Kea à Hawaï a un large champ de vision, ce qui lui permet de rechercher efficacement la planète X.
Télescope Subaru, NAOJ
Si la recherche se déroule, quel devrait être le nouveau membre de la famille du soleil appelé? Brown dit qu’il est trop tôt pour s’en inquiéter et évite scrupuleusement de proposer des suggestions. Pour l’instant, lui et Batygin l’appellent Planet Nine (et, depuis un an, de manière informelle, Planet Phattie – argot des années 1990 pour «cool»). Brown note que ni Uranus ni Neptune – les deux planètes découvertes à l’époque moderne – n’ont fini par étant nommé par leurs découvreurs, et il pense que c’est probablement une bonne chose. C’est plus grand que n’importe qui, il dit: « C’est un peu comme trouver un nouveau continent sur Terre. »
Il est sûr, cependant, cette planète X – contrairement à Pluton – mérite d’être appelée une planète. Quelque chose de la taille de Neptune dans le système solaire? Ne demandez même pas. « Personne ne contesterait celui-ci, pas même moi. »