Une hypothétique planète mystérieuse que l’on croit responsable d’orbites étranges dans le système solaire externe vient de recevoir l’un de ses plus grands coups.
Selon une analyse complète des objets extrêmement lointains, menée par le physicien Kevin Napier de l’université du Michigan, la planète Neuf pourrait ne pas exister – parce que les preuves de son existence n’existent pas. Ce que les astronomes prenaient pour l’influence de la gravité d’une planète est plutôt un biais de sélection dans les observations.
L’article pré-imprimé a été téléchargé sur arXiv et attend d’être examiné par des pairs.
Planète Neuf a fait irruption sur la scène en 2016, lorsque les astronomes Konstantin Batygin et Michael Brown, de Caltech, ont publié un article dans The Astronomical Journal dans lequel ils défendaient l’idée d’une planète non encore découverte aux confins du système solaire. La preuve, disent-ils, se trouve dans d’autres objets situés bien au-delà de l’orbite de Neptune.
Ces objets sont appelés objets trans-neptuniens extrêmes (ETNO). Ils ont des orbites elliptiques énormes, ne passant jamais plus près du Soleil que l’orbite de Neptune à 30 unités astronomiques, et s’écartant plus loin que 150 unités astronomiques.
Batygin et Brown ont découvert que ces orbites ont le même angle au périhélie, le point de leur orbite le plus proche du Soleil. Ils ont effectué une série de simulations et ont constaté qu’une grande planète pouvait regrouper les orbites de cette manière.
D’après leurs calculs, la planète Nine devrait avoir une masse cinq à dix fois supérieure à celle de la Terre et orbiter à une distance comprise entre 400 et 800 unités astronomiques.
Comme cette planète hypothétique serait très éloignée et que le ciel est très grand, elle ne serait pas facile à trouver. C’est pourquoi les recherches se poursuivent.
Tout comme la Planète Neuf elle-même serait difficile à trouver, les ETNOs le sont aussi. Ces corps sont plus petits qu’une planète, et donc moins lumineux. Lorsqu’ils s’éloignent du Soleil, nous n’avons pratiquement aucune chance de les voir. Et c’est là que certains astronomes pensent qu’il y a un biais de sélection.
“Parce que les ETNO suivent des orbites très elliptiques, et que leur luminosité diminue comme 1/r4, ils sont presque toujours découverts dans les quelques décennies qui suivent le périhélie”, écrivent les chercheurs dans leur article.
“De plus, les relevés télescopiques observent une zone limitée du ciel, à des périodes particulières de l’année, à une profondeur limitée. Ces effets entraînent un biais de sélection important.”
La difficulté qu’il y a à voir les ETNO signifie que nous n’en avons pas trouvé beaucoup. Les premières simulations effectuées par Batygin et Brown étaient basées sur seulement six ETNO, qui provenaient d’un assortiment de relevés avec des fonctions de sélection non publiées ; en d’autres termes, tout biais de sélection n’était pas clair.
Les enquêtes plus récentes ont été méticuleuses quant à leurs fonctions de sélection. Et, bien qu’aucune enquête n’ait à elle seule trouvé suffisamment d’ETNO pour constituer une population statistique complète, la combinaison d’enquêtes peut conduire les scientifiques à une conclusion plus solide. C’est ce que Napier et son équipe ont fait.
Ils ont pris cinq objets de l’étude OSSOS (Outer Solar System Origins Survey) (qui n’ avait auparavant trouvé aucune preuve de regroupement), cinq objets de l’étude sur l’énergie sombre, et quatre objets trouvés par les astronomes Scott Sheppard, Chad Trujillo et David Tholen, qui ont dirigé la recherche de la planète Neuf.
Comme ces trois enquêtes avaient des objectifs très différents, elles avaient donc des fonctions de sélection différentes. Le défi consistait à résoudre ces différences afin que les objets puissent être combinés efficacement en un seul grand relevé. Pour ce faire, l’équipe a conçu un simulateur de relevé.
“En substance”, écrivent-ils dans leur article, “un simulateur de relevé simule les détections d’une population modèle de corps du système solaire en utilisant l’historique de pointage, la profondeur et les critères de suivi d’un relevé. Cela permet de calculer la fonction de sélection d’un relevé pour une population donnée, ce qui nous permet de tenir compte du biais et donc de comprendre les véritables populations sous-jacentes.”
Si le regroupement ETNO était causé par un effet physique, alors il aurait dû rester cohérent avec l’échantillon plus large d’objets analysés par l’équipe de Napier. Au lieu de cela, leurs résultats suggèrent que l’échantillon ETNO était cohérent avec une distribution uniforme des corps parents dans l’espace.
Les chercheurs ont pris soin de préciser que cela ne signifie pas que la planète Neuf n’existe pas. Cela signifie simplement que l’existence de la planète ne peut être déduite des données ETNO. Il n’y a pas assez d’informations pour la confirmer ou l’exclure.
D’autres lignes de preuves indiquent son existence, aussi. Par exemple, les orbites étrangement inclinées des objets de la ceinture de Kuiper situés à l’extérieur du système solaire, tels que Sedna – bien que les astronomes aient également proposé d’autres explications pour ces comportements.
Une décision plus ferme sera possible avec une plus grande population d’ETNOs et d’objets de la ceinture de Kuiper à analyser, ce qui pourrait signifier attendre les objets d’un télescope plus puissant, comme l’Observatoire Vera Rubin qui devrait commencer à fonctionner dans le courant de cette année.
Entre-temps, la chasse à la planète insaisissable a donné lieu à des découvertes vraiment étonnantes, notamment un grand nombre de planètes naines possibles qui se trouvent aux limites du système solaire, ainsi que des lunes de géantes gazeuses.
Que la planète Neuf existe ou non, le débat en lui-même est formidable pour la science, car il conduit à des découvertes que nous n’aurions peut-être pas faites autrement.
L’étude a été publiée sur le site Web arXiv.org.
Note de l’éditeur (17 février 2021) :Brown a maintenant publié une réfutation de l’étude des chercheurs, qui peut être lue ici.