Un inconnu, Un "objet de masse planétaire" invisible peut se cacher dans les confins de notre système solaire, selon de nouvelles recherches sur les orbites des planètes mineures qui seront publiées dans le Journal astronomique . Cet objet serait différent et beaucoup plus proche de la soi-disant planète neuf, une planète dont l'existence attend encore confirmation.

Dans le journal, Kat Volk et Renu Malhotra du Laboratoire lunaire et planétaire de l'Université d'Arizona, ou LPL, présentent des preuves convaincantes d'un corps planétaire encore à découvrir avec une masse quelque part entre celle de Mars et de la Terre. La masse mystérieuse, les auteurs montrent, n'a révélé sa présence - pour l'instant - qu'en contrôlant les plans orbitaux d'une population de roches spatiales connues sous le nom d'objets de la ceinture de Kuiper, ou KBO, dans la périphérie glaciale du système solaire.

Alors que la plupart des KBO (débris laissés par la formation du système solaire) orbitent autour du soleil avec des inclinaisons orbitales (inclinaisons) qui correspondent à ce que les planétologues appellent le plan invariable du système solaire, les objets les plus éloignés de la ceinture de Kuiper ne le font pas. Leur avion moyen, Volk et Malhotra ont découvert, est incliné d'environ huit degrés par rapport au plan invariable. En d'autres termes, quelque chose d'inconnu déforme le plan orbital moyen du système solaire externe.

"L'explication la plus probable de nos résultats est qu'il y a une masse invisible, " dit Volk, post-doctorant au LPL et auteur principal de l'étude. « D'après nos calculs, quelque chose d'aussi massif que Mars serait nécessaire pour provoquer la déformation que nous avons mesurée."

La ceinture de Kuiper se situe au-delà de l'orbite de Neptune et s'étend sur quelques centaines d'unités astronomiques, ou AU, avec une UA représentant la distance entre la Terre et le soleil. Comme son cousin du système solaire interne, la ceinture d'astéroïdes entre Mars et Jupiter, la ceinture de Kuiper abrite un grand nombre de planètes mineures, principalement de petits corps glacés (les précurseurs des comètes), et quelques planètes naines.

Pour l'étude, Volk et Malhotra ont analysé les angles d'inclinaison des plans orbitaux de plus de 600 objets dans la ceinture de Kuiper afin de déterminer la direction commune autour de laquelle ces plans orbitaux précessent tous. La précession fait référence au changement lent ou « oscillation » dans l'orientation d'un objet en rotation.

Les KBO fonctionnent de manière analogue aux toupies, explique Malhotra, qui est professeur de recherche en sciences Louise Foucar Marshall et professeur des régents en sciences planétaires au LPL.

"Imaginez que vous ayez beaucoup, beaucoup de toupies à rotation rapide, et tu donnes à chacun un petit coup de coude, " dit-elle. " Si vous prenez ensuite un instantané d'eux, vous constaterez que leurs axes de rotation seront à des orientations différentes, mais en moyenne, ils pointent vers le champ gravitationnel local de la Terre.

"Nous nous attendons à ce que chacun des angles d'inclinaison orbitale des KBO soit à une orientation différente, mais en moyenne, ils pointent perpendiculairement au plan déterminé par le soleil et les grosses planètes."

Si l'on devait penser au plan orbital moyen des objets du système solaire externe comme une feuille, il devrait être assez plat après 50 UA, selon Volk.

"Mais en allant plus loin de 50 à 80 UA, nous avons constaté que le plan moyen s'éloigne en fait du plan invariable, " explique-t-elle. " Il existe une gamme d'incertitudes pour la déformation mesurée, mais il n'y a pas plus de 1 ou 2% de chances que cette déformation soit simplement un coup de chance statistique de l'échantillon d'observation limité de KBO. "

En d'autres termes, l'effet est très probablement un signal réel plutôt qu'un hasard statistique. D'après les calculs, un objet avec la masse de Mars en orbite à environ 60 UA du soleil sur une orbite inclinée d'environ huit degrés (par rapport au plan moyen des planètes connues) a une influence gravitationnelle suffisante pour déformer le plan orbital des KBO distants d'environ 10 UA à de part et d'autre.

"Les KBO distants observés sont concentrés dans un anneau d'environ 30 UA de large et ressentiraient la gravité d'un tel objet de masse planétaire au fil du temps, " Volk a dit, "Donc, l'hypothèse d'une masse planétaire pour provoquer la déformation observée n'est pas déraisonnable sur cette distance."

Cela exclut la possibilité que l'objet postulé dans ce cas soit l'hypothétique Planète Neuf, dont l'existence a été suggérée sur la base d'autres observations. Cette planète devrait être beaucoup plus massive (environ 10 masses terrestres) et beaucoup plus éloignée à 500 à 700 UA.

"C'est trop loin pour influencer ces KBO, " Volk a déclaré. " Il doit certainement être beaucoup plus proche de 100 UA pour affecter substantiellement les KBO dans cette gamme. "

Parce qu'une planète, par définition, doit avoir dégagé son orbite des planètes mineures telles que les KBO, les auteurs se réfèrent à la masse hypothétique comme un objet de masse planétaire. Les données n'excluent pas non plus la possibilité que la déformation puisse résulter de plus d'un objet de masse planétaire.

Alors pourquoi ne l'avons-nous pas encore trouvé ? Le plus probable, selon Malhotra et Volk, parce que nous n'avons pas encore cherché dans tout le ciel des objets éloignés du système solaire. L'endroit le plus probable où un objet de masse planétaire pourrait se cacher serait dans le plan galactique, une zone si densément peuplée d'étoiles que les études du système solaire ont tendance à l'éviter.

« La probabilité que nous n'ayons pas trouvé un tel objet de la bonne luminosité et de la bonne distance simplement à cause des limites des relevés est estimée à environ 30 %, " dit Volk.

Une alternative possible à un objet invisible qui aurait pu ébouriffer le plan des objets extérieurs de la ceinture de Kuiper pourrait être une étoile qui a fait vibrer le système solaire dans l'histoire récente (selon les normes astronomiques), disaient les auteurs.

"Une étoile qui passe attirerait toutes les" toupies "dans une direction, " dit Malhotra. " Une fois l'étoile partie, tous les KBO recommenceront à précéder autour de leur avion précédent. Cela aurait nécessité un passage extrêmement proche à environ 100 UA, et la chaîne serait effacée d'ici 10 millions d'années, nous ne considérons donc pas cela comme un scénario probable."

La chance de l'humanité d'apercevoir l'objet mystérieux pourrait arriver assez rapidement une fois la construction du Grand télescope d'enquête synoptique terminée. Géré par un consortium qui comprend l'UA et prévu pour la première lumière en 2020, l'instrument prendra sans précédent, relevés du ciel en temps réel, nuit après nuit.

"Nous nous attendons à ce que le LSST porte le nombre de KBO observés d'environ 2000 à 40 actuellement, 000, " a déclaré Malhotra. " Il y a beaucoup plus de KBO - nous ne les avons pas encore vus. Certains d'entre eux sont trop éloignés et sombres même pour que le LSST puisse les repérer, mais parce que le télescope couvrira le ciel de manière beaucoup plus complète que les relevés actuels, il doit être capable de détecter cet objet, si c'est là-bas."