Planet Nine est une théorie, planète géante inconnue dans les confins mystérieux de notre système solaire.

On a émis l'hypothèse que la présence de Planet Nine expliquerait tout, de l'inclinaison de l'axe de rotation du soleil au regroupement apparent dans les orbites de petits, astéroïdes glacés au-delà de Neptune.

Mais Planet Nine existe-t-il réellement ?

Découvertes aux confins de notre système solaire

La ceinture de Kuiper est une collection de petits, corps glacés qui orbitent autour du soleil au-delà de Neptune, à des distances supérieures à 30 UA (une unité astronomique ou UA est la distance entre la Terre et le soleil). Ces objets de la ceinture de Kuiper (KBO) varient en taille de gros rochers à 2, 000 km de diamètre. Les KBO sont des restes de petits morceaux de matériel planétaire qui n'ont jamais été incorporés aux planètes, semblable à la ceinture d'astéroïdes.

Les découvertes de l'enquête la plus réussie de la ceinture de Kuiper à ce jour, l'Enquête sur les origines du système solaire extérieur (OSSOS), suggèrent une explication plus sournoise pour les orbites que nous voyons. On a découvert que beaucoup de ces KBO avaient des orbites très elliptiques et inclinées, comme Pluton.

Des calculs mathématiques et des simulations informatiques détaillées ont montré que les orbites que nous voyons dans la ceinture de Kuiper ne peuvent avoir été créées que si Neptune formait à l'origine quelques UA plus près du soleil, et a migré vers son orbite actuelle. La migration de Neptune explique l'omniprésence des orbites hautement elliptiques dans la ceinture de Kuiper, et peut expliquer toutes les orbites KBO que nous avons observées, à l'exception d'une poignée de KBO sur des orbites extrêmes qui restent toujours au moins 10 UA au-delà de Neptune.

Preuve de la planète neuf ?

Ces orbites extrêmes ont fourni les preuves les plus solides de Planet Nine. Les premiers qui ont été découverts étaient tous confinés à un quadrant du système solaire. Les astronomes s'attendent à observer des orbites dans toutes les orientations différentes, à moins qu'une force extérieure ne les enferme. Trouver plusieurs KBO extrêmes sur des orbites pointées dans la même direction était un indice que quelque chose se passait. Deux groupes distincts de chercheurs ont calculé que seul un grand nombre planète très lointaine pourrait garder toutes les orbites confinées à une partie du système solaire, et la théorie de la planète neuf est née.

La planète neuf est théorisée comme cinq à dix fois plus massive que la Terre, avec une orbite comprise entre 300 et 700 UA. Il y a eu plusieurs prédictions publiées pour son emplacement dans le système solaire, mais aucune des équipes de recherche ne l'a encore découvert. Après plus de quatre ans de recherche, il n'y a encore que des preuves indirectes en faveur de Planet Nine.

La recherche de KBO

La recherche de KBO nécessite une planification minutieuse, calculs précis et suivi méticuleux. Je fais partie de l'OSSOS, une collaboration de 40 astronomes de huit pays. Nous avons utilisé le télescope Canada-France-Hawaii pendant cinq ans pour découvrir et suivre plus de 800 nouveaux KBO, doublant presque le nombre de KBO connus avec des orbites bien mesurées. Les KBO découverts par OSSOS varient en taille de quelques kilomètres à plus de 100 km, et la distance de découverte varie de quelques UA à plus de 100 UA, avec la majorité à 40-42 UA dans la principale ceinture de Kuiper.

Les KBO n'émettent pas leur propre lumière :ces petits, les corps glacés ne reflètent que la lumière du soleil. Ainsi, les biais contre la détection à de plus grandes distances sont extrêmes :si vous déplacez un KBO 10 fois plus loin, il deviendra 10, 000 fois plus faible. Et à cause des lois de la physique, Les KBO sur des orbites elliptiques passeront la plupart de leur temps dans les parties les plus éloignées de leurs orbites. Donc, alors qu'il est facile de trouver des KBO sur des orbites elliptiques lorsqu'ils sont proches du soleil et brillants, ces KBO passent la plupart du temps à être beaucoup plus faibles et plus difficiles à détecter.

Cela signifie que les KBO sur des orbites elliptiques sont particulièrement difficiles à découvrir, surtout les extrêmes qui restent toujours relativement loin du soleil. Seuls quelques-uns d'entre eux ont été trouvés à ce jour et, avec les télescopes actuels, nous ne pouvons les découvrir que lorsqu'ils sont proches du péricentre, le point le plus proche du soleil sur leur orbite.

Cela conduit à un autre biais d'observation qui a historiquement été ignoré par de nombreuses enquêtes KBO :les KBO dans chaque partie du système solaire ne peuvent être découverts qu'à certaines périodes de l'année. Les télescopes au sol sont en outre limités par les conditions météorologiques saisonnières, avec des découvertes moins susceptibles de se produire par temps nuageux, les conditions pluvieuses ou venteuses sont plus fréquentes. Les découvertes de KBO sont également beaucoup moins probables près du plan de la Voie lactée, où d'innombrables étoiles rendent difficile de trouver le faible, des vagabonds glacés dans des images télescopiques.

Ce qui rend OSSOS unique, c'est que nous sommes très publics sur ces biais dans les découvertes. Et parce que nous comprenons si bien nos préjugés, nous pouvons utiliser des simulations informatiques pour reconstruire la vraie forme de la ceinture de Kuiper après avoir supprimé ces biais.

Ajustement des biais

OSSOS a découvert une poignée de nouveaux KBO extrêmes, dont la moitié hors de la zone confinée, et sont statistiquement cohérents avec une distribution uniforme. Une nouvelle étude (actuellement en cours de révision) corrobore les découvertes non groupées d'OSSOS. Une équipe d'astronomes utilisant les données du Dark Energy Survey (DES) a trouvé plus de 300 nouveaux KBO sans regroupement d'orbites. Alors maintenant, deux enquêtes indépendantes, qui ont toutes deux soigneusement suivi et signalé leurs biais d'observation dans la découverte d'ensembles indépendants de KBO extrêmes, n'ont trouvé aucune preuve d'orbites groupées.

Tous les KBO extrêmes qui avaient été découverts avant OSSOS et DES provenaient d'enquêtes qui ne rapportaient pas entièrement leurs biais directionnels. On ne sait donc pas si tous ces KBO ont été découverts dans le même quadrant du système solaire car ils sont en réalité confinés, ou parce qu'aucune enquête n'a cherché assez profondément dans les autres quadrants. Nous avons effectué des simulations supplémentaires qui ont montré que si les observations ne sont faites que pendant une saison à partir d'un télescope, Les KBO extrêmes ne seront naturellement découverts que dans un quadrant du système solaire.

Tester davantage la théorie de Planet Nine, nous avons examiné en détail les orbites de tous les KBO « extrêmes » connus et avons constaté que tous les KBO à l'exception des deux péricentres les plus élevés peuvent s'expliquer par des effets physiques connus. Ces deux KBO sont des valeurs aberrantes, mais nos précédentes simulations informatiques détaillées de la ceinture de Kuiper, qui comprenait les effets gravitationnels de Planet Nine, a produit un ensemble de KBO « extrêmes » avec des péricentres allant progressivement de 40 à plus de 100 UA.

Ces simulations prédisent qu'il devrait y avoir de nombreux KBO avec des péricentres aussi grands que les deux valeurs aberrantes, mais aussi de nombreuses KBO avec des péricentres plus petits, qui devrait être beaucoup plus facile à détecter. Pourquoi les découvertes d'orbite ne correspondent-elles pas aux prédictions ? La réponse est peut-être que la théorie de Planet Nine ne résiste pas aux observations détaillées.

Nos observations avec une enquête minutieuse ont découvert des KBO qui ne sont pas confinés par Planet Nine, et nos simulations montrent que la ceinture de Kuiper devrait contenir des orbites différentes de celles que nous observons si la planète neuf existe. D'autres théories doivent être invoquées pour expliquer les KBO extrêmes à haut péricentre, mais les théories proposées ne manquent pas dans la littérature scientifique.

De nombreux objets magnifiques et surprenants restent à découvrir dans le mystérieux système solaire extérieur, mais je ne crois pas que Planet Nine en fasse partie.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.