Les étranges orbites de certains objets aux confins de notre système solaire, supposé par certains astronomes être façonné par une neuvième planète inconnue, peut plutôt s'expliquer par la force gravitationnelle combinée de petits objets en orbite autour du Soleil au-delà de Neptune, disent les chercheurs.

L'explication alternative à l'hypothèse dite de la "Planète Neuf", proposé par des chercheurs de l'Université de Cambridge et de l'Université américaine de Beyrouth, propose un disque composé de petits corps glacés avec une masse combinée jusqu'à dix fois celle de la Terre. Lorsqu'il est combiné avec un modèle simplifié du système solaire, les forces gravitationnelles du disque hypothétique peuvent expliquer l'architecture orbitale inhabituelle présentée par certains objets aux confins du système solaire.

Alors que la nouvelle théorie n'est pas la première à proposer que les forces gravitationnelles d'un disque massif composé de petits objets pourraient éviter le besoin d'une neuvième planète, c'est la première théorie de ce type qui est capable d'expliquer les caractéristiques importantes des orbites observées tout en tenant compte de la masse et de la gravité des huit autres planètes de notre système solaire. Les résultats sont rapportés dans le Journal astronomique .

Au-delà de l'orbite de Neptune se trouve la ceinture de Kuiper, qui est composé de petits corps issus de la formation du système solaire. Neptune et les autres planètes géantes influencent gravitationnellement les objets de la ceinture de Kuiper et au-delà, collectivement connus sous le nom d'objets transneptuniens (TNO), qui encerclent le Soleil sur des chemins presque circulaires dans presque toutes les directions.

Cependant, les astronomes ont découvert de mystérieuses valeurs aberrantes. Depuis 2003, une trentaine de TNO sur des orbites fortement elliptiques ont été repérés :ils se démarquent du reste des TNO par le partage, en moyenne, la même orientation spatiale. Ce type de regroupement ne peut pas être expliqué par notre architecture existante du système solaire à huit planètes et a conduit certains astronomes à émettre l'hypothèse que les orbites inhabituelles pourraient être influencées par l'existence d'une neuvième planète encore inconnue.

L'hypothèse « Planet Nine » suggère que pour expliquer les orbites inhabituelles de ces TNO, il faudrait qu'il y ait une autre planète, considérée comme environ dix fois plus massive que la Terre, tapi dans les confins du système solaire et « conservant » les TNO dans la même direction par l'effet combiné de sa gravité et de celle du reste du système solaire.

"L'hypothèse Planet Nine est fascinante, mais si la neuvième planète supposée existe, il a jusqu'à présent évité la détection, " a déclaré le co-auteur Antranik Sefilian, un doctorat étudiant au Département de Mathématiques Appliquées et de Physique Théorique de Cambridge. "Nous voulions voir s'il pouvait y en avoir un autre, moins dramatique et peut-être plus naturel, cause des orbites inhabituelles que nous voyons dans certains TNO. Nous pensions, plutôt que de permettre une neuvième planète, puis s'inquiéter de sa formation et de son orbite inhabituelle, pourquoi ne pas simplement tenir compte de la gravité des petits objets constituant un disque au-delà de l'orbite de Neptune et voir ce que cela fait pour nous ?"

Professeur Jihad Touma, de l'Université américaine de Beyrouth, et son ancien élève Sefilian a modélisé la dynamique spatiale complète des TNO avec l'action combinée des planètes extérieures géantes et d'un massif, disque étendu au-delà de Neptune. Les calculs du duo, qui est né d'un séminaire à l'Université américaine de Beyrouth, ont révélé qu'un tel modèle peut expliquer les orbites spatialement regroupées déroutantes de certains TNO. Dans le processus, ils ont pu identifier des plages dans la masse du disque, sa « rondeur » (ou excentricité), et forcé des changements progressifs de ses orientations (ou taux de précession), qui reproduisait fidèlement les orbites aberrantes du TNO.

"Si vous supprimez la planète neuf du modèle et autorisez à la place beaucoup de petits objets dispersés sur une vaste zone, les attractions collectives entre ces objets pourraient tout aussi bien expliquer les orbites excentriques que nous voyons dans certains TNO, " dit Sefilian, qui est boursier Gates Cambridge et membre du Darwin College.

Les tentatives antérieures pour estimer la masse totale des objets au-delà de Neptune n'ont totalisé qu'environ un dixième de la masse de la Terre. Cependant, pour que les TNO aient les orbites observées et qu'il n'y ait pas de Planète Neuf, le modèle proposé par Sefilian et Touma exige que la masse combinée de la ceinture de Kuiper soit comprise entre quelques et dix fois la masse de la Terre.

"Lorsque vous observez d'autres systèmes, nous étudions souvent le disque entourant l'étoile hôte pour déduire les propriétés de toutes les planètes en orbite autour d'elle, " a déclaré Sefilian. " Le problème est lorsque vous observez le disque de l'intérieur du système, il est presque impossible de tout voir d'un coup. Bien que nous n'ayons pas de preuves d'observation directes pour le disque, nous ne l'avons pas non plus pour Planet Nine, c'est pourquoi nous étudions d'autres possibilités. Néanmoins, il est intéressant de noter que les observations d'analogues de la ceinture de Kuiper autour d'autres étoiles, ainsi que les modèles de formation des planètes, révèlent d'énormes populations résiduelles de débris.

"Il est également possible que les deux choses soient vraies - il pourrait y avoir un disque massif et une neuvième planète. Avec la découverte de chaque nouveau TNO, nous recueillons plus de preuves qui pourraient aider à expliquer leur comportement."