Il faut environ 15 minutes à pied à Scott Sheppard pour aller travailler au Department of Terrestrial Magnetism de la Carnegie Institution, un centre de recherche basé à Washington, qui avait été fondé à l'origine en 1904 pour accompagner les expéditions visant à cartographier le champ magnétique de la Terre. Aujourd'hui, le campus accueille des scientifiques planétaires de toutes les disciplines, y compris Sheppard, qui étudie les corps célestes du système solaire extérieur extrême. Il dit qu'il trouve ses meilleures idées en marchant et qu'il est généralement agacé par les intersections, qui requièrent juste assez d'attention pour empêcher le mental de s'égarer de cette manière inexplicablement constructive. Considérant que Sheppard est convaincu qu'une grande planète inconnue tourne autour du soleil bien au-delà de Pluton, on ne peut imaginer où son esprit vagabonde au cours de ses promenades matinales.
L’idée qu’une planète gigantesque, nommée Planète 9 ou Planète X, existe à une si grande distance que nous n’avons pas été en mesure de le trouver, des astronomes du monde entier scrutent le ciel à la recherche d’indices. Sheppard, qui a découvert certains des objets les plus éloignés du système solaire, estime que les trajectoires orbitales de ces planètes mineures sont probablement façonnées par l'influence gravitationnelle d'un hypothétique Planet 9. Et aujourd'hui, son équipe a annoncé la découverte d'un autre planète mineure extrêmement lointaine - le deuxième objet le plus éloigné connu du système solaire en distance moyenne - qui porte à nouveau la marque distinctive d'un rocher de l'espace entre les griffes d'une planète géante non découverte.
«Une fois par siècle, nous trouvons une planète, non? Il est donc temps d'en retrouver un », déclare Sheppard.
Le gobelin
Le nouvel objet, appelé officiellement 2015 TG387, orbite avec une classe spéciale de corps célestes appelée objets Inner Oort Cloud, ou objets trans-neptuniens extrêmes (ETNO). Le corps de roche et de glace, surnommé "le gobelin" par l'équipe de découverte, se trouve actuellement à environ 80 unités astronomiques (UA) du soleil, soit environ deux fois la distance moyenne de Pluton. Cependant, le Goblin voyage sur une orbite très allongée qui le conduit jusqu'aux confins extrêmes de notre système solaire, atteignant jusqu'à 2 300 UA au cours de ses 40 000 années de voyage autour du soleil.
Mais aussi intriguant que soit l'aphélie de l'objet, ou son point le plus éloigné du soleil, le gobelin est peut-être encore plus intéressant pour son périhélie ou son point le plus proche. La planète mineure, dont le diamètre est estimé à environ 300 kilomètres (environ un septième de celui de Pluton), n’approche qu’à 65 UA (six milliards de milles). Sheppard explique que le gobelin n’est guère affecté par la gravité de planètes gigantesques telles que Jupiter et Neptune.
«Il n’arrive jamais près des planètes géantes», dit-il. "Il n'y a que trois de ces objets qui restent en dehors de là."
Les orbites de la nouvelle planète naine extrême 2015 TG387 et de ses semblables objets Inner Oort Cloud 2012 VP113 et Sedna par rapport au reste du système solaire. 2015 TG387 a été surnommé "Le gobelin" par les découvreurs, car sa désignation provisoire contient TG et l'objet a été vu pour la première fois près de Halloween. Le TG387 2015 a un axe semi-majeur plus grand que le VP113 ou le Sedna 2012, ce qui signifie qu'il se déplace beaucoup plus loin du soleil à son point le plus éloigné de son orbite, autour de 2300 UA. (Roberto Molar Candanosa et Scott Sheppard, avec l'aimable autorisation de Carnegie Institution for Science) Les deux autres sont Sedna et 2012 VP113, qui ont respectivement une périhélie de 76 et 80 UA, bien qu'ils ne voyagent jamais aussi loin que le Goblin. Considérés ensemble, ces trois objets commencent à produire une image séduisante de leur royaume lointain. Ils sont découplés du reste du système solaire, insensibles à son influence, et pourtant ils apparaissent tous dans la même partie du ciel.
«Si vous regardez Sedna, et que vous regardez VP113, et que vous regardez quelques-uns des autres objets extrêmes avec ces orbites très lointaines, ils sont tous très similaires», explique Sheppard. «Ils sont tous regroupés dans la même partie du ciel, ils arrivent tous au périhélie - leur approche la plus proche du soleil - au même endroit, et vous vous attendriez à ce que cela soit aléatoire dans le ciel. … C'est pourquoi nous pensons qu'il existe une plus grande planète, car elle guide ces objets dans ces types d'orbites. ”
D'autres planètes mineures orbitent à des distances extrêmes, telles que 2014 FE72, qui est l'objet le plus éloigné connu en termes de distance moyenne, mais elles ont tendance à se rapprocher des planètes géantes. 2014 FE72 peut se rapprocher du soleil que Pluton à son approche la plus proche, par exemple. Une explication convaincante de ces objets est qu’ils ont erré trop près d’un des géants gaziers à un moment donné et ont été projetés à des distances extrêmes, presque complètement éjectés - mais lorsque cela se produit, les objets rocheux tendent à revenir à peu près au point d'où ils ont été jetés.
En ce qui concerne Goblin, Sedna et 2012 VP113, quelque chose d'autre les a piégés dans une orbite solitaire, alignée mais séparée de notre petit voisinage de planètes.
L'ombre d'une planète inconnue
La probabilité de l'existence d'une planète gigantesque non découverte, tournant lentement autour du soleil tous les dizaines de milliers d'années à des distances extrêmes, dépend de qui vous demandez. Pour sa part, Sheppard, qui a découvert des dizaines de planètes, de comètes et de lunes mineures, placerait les chances de l'existence de Planet 9 entre 80 et 85% - et il n'est même pas le plus optimiste.
«Ma confiance est d’environ 99, 84%», déclare Konstantin Batygin, astrophysicien des planètes et professeur assistant au California Institute of Technology. Batygin crée des modèles théoriques du système solaire externe à la recherche d'indices de la planète 9, en analysant les chiffres de nombreuses planètes mineures qui se regroupent en divers groupes et l'influence de dizaines de facteurs orbitaux. Son article de 2016 avec son collègue de Caltech, Michael Brown, exposait peut-être le cas le plus solide pour Planet 9, concluant qu'il n'y avait qu'une fraction de 1% de probabilité que les regroupements de ces objets se produisent de manière aléatoire.
«Ce corps est une nouvelle addition énorme», dit Batygin du gobelin. «Cela renforce beaucoup le cas de Planet 9.»
Une comparaison de 2015 TG387 à 65 UA avec les planètes connues du système solaire. Saturne peut être vue à 10 UA et la Terre à 1 UA, la mesure étant définie comme la distance entre le Soleil et notre planète. (Roberto Molar Candanosa et Scott Sheppard, avec l'aimable autorisation de Carnegie Institution for Science) D'autres ne sont pas si confiants. «Je n'irais pas au niveau de 85%. Les éléments de preuve sont contradictoires », explique David Tholen, astronome à l'Université d'Hawaï et membre de l'équipe qui a découvert le gobelin. Il mentionne le vaisseau spatial Cassini, qui tourne autour de Saturne pendant plus de 13 ans, mesurant la dynamique et les forces du système solaire externe. "Cela sert de détecteur très sensible d'autres choses, et l'analyse de ces données suggère que nous ne voyons aucune preuve pour [Planète 9]."
Mais même s'ils n'acceptent pas l'hypothèse de la planète 9, la plupart des astronomes s'accordent pour dire que quelque chose d' inexpliqué déchire des objets comme le gobelin du système solaire. Certaines théories suggèrent qu'au début de la formation du soleil, il y a plus de 4, 5 milliards d'années, alors que d'autres étoiles se formaient à proximité, l'extrême gravité d'une rencontre stellaire proche aurait pu éloigner ces objets et les laisser dans une orbite "fossilisée", Sheppard. dit. Alternativement, il existe peut-être suffisamment de ces planètes mineures pour pouvoir influencer leur orbite pendant des millions d'années par le biais d'un processus appelé gravitation de soi, se poussant progressivement de plus en plus loin.
«[S'il y a] beaucoup de planètes mineures comme Sedna et ce nouvel objet, elles exercent bien entendu des forces de gravitation», explique Ann-Marie Madigan, professeure assistante d'astrophysique à l'université du Colorado, Boulder. étudie des modèles d'autogravitation sur des objets distants du système solaire. Elle dit que ces planètes mineures sont «si loin du système solaire intérieur, avec les planètes géantes et des choses comme ça, ces forces [de gravité propre] peuvent en réalité être extrêmement puissantes. … Vous n'avez pas besoin d'une planète supplémentaire là-bas.
Madigan admet que la gravité de soi ne peut pas tout expliquer sur les orbites des planètes mineures lointaines, telles que l'alignement sur leur «longitude de perihelia», similaire aux axes principaux des orbites elliptiques. Et il y a aussi d'autres "forces extérieures" à considérer, dit Sheppard, telles que la marée galactique - la force gravitationnelle collective de tout dans la Voie Lactée, y compris le trou noir supermassif en son centre. Les théories qui prédisent l'existence de Planet 9 prennent en compte toutes ces influences, mais un processus inconnu pourrait également être en jeu.
«C'est formidable», déclare Michele Bannister, astronome planétaire de la Queen's University à Belfast, au Royaume-Uni, qui a codirigé l'enquête OSSOS (Outer Solar System Origins Survey) de 2013 à 2017, qui a détecté 840 planètes mineures lointaines. «Nous avons toute cette variété de théories qui tentent d’expliquer cette population. C'est le signe d'un bon champ actif en bonne santé. "
Limiter la recherche
Sheppard compare le regroupement des gobelins, Sedna et 2012 VP113 à une relation entre Neptune et Pluton. Bien que Neptune traverse la trajectoire orbitale de Pluton, les deux corps planétaires ne se rapprochent jamais car ils sont enfermés dans une relation gravitationnelle, appelée résonance, qui fait que Pluton orbite deux fois pour trois orbites de Neptune. Si vous ne saviez pas où se trouvait Neptune, vous pouvez localiser la planète géante en observant attentivement Pluton. Bien que les trois planètes mineures extrêmement éloignées ne soient pas enfermées dans une relation aussi stable avec Planet 9, une relation gravitationnelle similaire pourrait se produire.
Si les planètes mineures sont dans une danse gravitationnelle avec la planète 9, cela pourrait signifier que la grande planète est loin, très éloignée - près de l’aphélie de son orbite à environ 1 000 UA du soleil. Nous n'avons qu'une idée approximative de la taille de la planète 9 - entre deux et quatre fois celle de la Terre, si elle existe - et aucun moyen de déterminer sa quantité de lumière réfléchie, ce qui la rend extrêmement difficile à rechercher. La seule raison pour laquelle nous avons pu trouver des objets distants plus lointains comme le gobelin est qu’ils sont proches de leur approche la plus proche, visibles pendant un instant stellaire avant de se replier dans l’ombre.
Les images de la découverte du TG387 2015 prises au télescope de 8 mètres Subaru situé au sommet du Mauna Kea à Hawaii le 13 octobre 2015. Les images ont été prises à environ 3 heures d'intervalle. On peut voir 2015 TG387 se déplacer entre les images près du centre tandis que les étoiles et les galaxies beaucoup plus éloignées sont immobiles. L'image est fournie par Scott Sheppard. (Image fournie par Scott Sheppard) «Quatre-vingt-dix-neuf pour cent de leur orbite, nous ne les trouverions pas», déclare Sheppard. "Alors, nous trouvons juste la pointe de l'iceberg."
La chasse à la planète 9 souffre d'un grave manque de données, pour le moment. Il est difficile de tirer des conclusions statistiques avec un échantillon aussi petit de planètes mineures, surtout lorsqu'il en existe probablement des milliers. «Chacune de ces détections implique une vaste population invisible», déclare Bannister. «Et ainsi, des biais d’observation peuvent réellement affecter les conclusions que vous tirez sur l’existence de cette vaste population invisible, sur les formes que ses orbites façonnent dans l’espace et sur le potentiel qu’elles forment ou auraient pu façonner.»
Le gobelin a été repéré pour la première fois en 2015 par le télescope japonais Subaru de 8 mètres sur le Mauna Kea à Hawaii, mais la planète mineure est si éloignée qu'il a fallu trois années d'observations de suivi avec des télescopes au Chili et en Arizona avant de pouvoir être en orbite. calculé, révélant son vrai chemin et sa distance. Plusieurs autres planètes mineures ont été découvertes et, lorsque les astronomes peaufineront leurs paramètres orbitaux, ils auront une meilleure idée de l'endroit où l'énorme planète est cachée, voire nulle.
Le télescope Subaru sur Mauna Kea, Hawaii. (Wikimedia Commons / CC 2.0) «Le fait que Planet 9 soit, au bout du compte, soit présent ou non, et que le calcul que j'ai fait soit correct ou non, est en réalité un aspect extrêmement séduisant de tout ce problème», déclare Batygin. «Ce n'est pas l'un de ces problèmes où vous pouvez spéculer jusqu'à votre mort. … Je pense que les 10 prochaines années sont tout à fait suffisantes. ”
Des relevés continus du ciel avec des télescopes comme Subaru et de nouveaux observatoires tels que le Grand télescope synoptique (LSST) - qui disposeront du plus grand appareil photo numérique au monde à 3, 2 gigapixels, de la taille d'une petite voiture - vont découvrir encore plus d'objets à mesure que notre compréhension du système solaire se développe. Des travaux astronomiques supplémentaires, tels que la deuxième publication de données du télescope spatial Gaia, aident à affiner nos modèles des mouvements des étoiles tout au long de l’histoire de la galaxie, renforçant ainsi les contraintes imposées aux planètes mineures extrêmement éloignées.
Si et quand tout ce travail mène à la découverte de la planète 9, Sheppard déclare: «Ce sera un triomphe de la science."
