Un objet de masse planétaire dans la Ceinture de Kuiper ?

Des chercheurs rapportent des déformations sur les plans orbitaux des objets de la Ceinture de Kuiper. Et c’est beaucoup trop proche pour être Planet Nine.


Des chercheurs rapportent des déformations sur les plans orbitaux des objets de la Ceinture de Kuiper. Et c'est beaucoup trop proche pour être Planet Nine.
Une dixième planète de la taille de Mars dans la Ceinture de Kuiper ? Crédit : Heather Roper/LPL

Un objet de masse planétaire inconnu et invisible pourrait se cacher dans les limites extérieures de notre selon de nouvelles recherches sur les orbites des planètes mineures qui sont publiées dans la revue Astronomical Journal. Cet objet serait différent et beaucoup plus proche que la prétendue Planet Nine.

Dans le papier, Kat Volk et Renu Malhotra de l’Université de l’Arizona (LPL) présentent une preuve convaincante d’un corps planétaire non découvert avec une masse qui se situe entre Mars et la Terre. On peut détecter cette masse mystérieuse en se basant sur les plans orbitaux de roches célestes connues comme les objets de la ou KBO.1

Même si la plupart des KBO orbitent autour du soleil avec des inclinaisons orbitales qui sont équivalentes à ce que les scientifiques connaissent comme le du système solaire, ce n’est pas le cas des objets les plus distants dans cette ceinture. Leur plan moyen selon les découvertes de Volk et de Malhotra est décalé du plan invariable d’environ 8 degrés. En d’autres termes, une masse inconnue déforme le plan orbital externe du système solaire.

L’explication la plus probable pour nos résultats est qu’il y a une masse invisible selon Volk, un postdoctorant chez LPL auteur principal de l’étude. Selon nos calculs, il faut une masse équivalente à Mars pour provoquer la déformation que nous avons mesurée.

La Ceinture de Kuiper se trouve au-delà de l’orbite de Neptune et elle s’étend à quelques centaines d’unités astronomiques (UA). Une UA représente la distance entre la Terre et le Soleil. Comme son « cousin » dans l’intérieur du système solaire qui est la ceinture d’astéroïde entre Mars et Jupiter, la ceinture de Kuiper possède un grand nombre de planètes mineures qui sont principalement des petits corps de glace (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 de la précession de ces plans orbitaux. La précession se réfère à la variation lente ou oscillation dans l’orientation d’un objet en rotation. Les objets de la Ceinture de Kuiper fonctionnent comme une toupie selon Malhotra. Imaginez que vous avez énormément de toupies en rotation rapide et vous donnez un petit coup à leur mouvement. Si vous prenez un instantané de ce phénomène, alors vous constaterez que leurs axes de rotation seront dans des orientations différentes, mais en moyenne, ils pointeront vers le champ gravitationnel local de la Terre.

Une illustration d'un objet de masse planétaire qui influence des objets dans la Ceinture de Kuiper - Heather Roper/LPL

Une illustration d’un objet de masse planétaire qui influence des objets dans la Ceinture de Kuiper – Heather Roper/LPL

On s’attend à ce que chaque angle d’inclinaison de l’orbite des objets de la ceinture soit dans une orientation différente, mais en moyenne, ils pointent perpendiculairement au plan déterminé par le soleil et les grandes planètes. Si on compare le plan orbital des objets dans l’extérieur du système solaire à une feuille, alors il devrait être assez plat au-delà de 50 UA selon Volk.

Mais dans une fréquence de 50 à 80 UA, nous avons constaté que le plan moyen se décale du plan invariable selon les chercheurs. Il existe une gamme d’incertitudes pour la mesure de la déformation, mais on estime qu’il y a seulement 1 à 2 % de probabilités que cette déformation soit une erreur statistique quand on regarde l’échantillon des objets qu’on a observés.

En d’autres termes, l’effet est probablement un signal réel plutôt qu’un hasard statistique. Selon les calculs, il faut un objet ayant la masse de Mars et qui se trouve à environ 60 UA du soleil sur une orbite inclinée d’environ 8 degrés pour que l’influence gravitationnelle soit suffisante pour déformer le plan orbital des objets de la Ceinture de Kuiper sur une distance de 10 UA de part et d’autre.

Les KBO distants qu’on a observés sont concentrés dans un cercle d’une largeur d’environ 30 UA et ils ressentiraient la gravité d’un tel objet de masse planétaire au fil du temps selon Volk. Cela exclut la possibilité que cet objet de masse planétaire soit l’hypothétique Planet Nine dont l’existence a été suggérée en fonction d’autres observations. Si elle existe, la devrait être beaucoup plus massive (environ 10 masses terrestres) et beaucoup plus loin de 500 à 700 UA. C’est trop loin pour influencer ces KBO selon Volk. Cet objet doit être plus proche à environ 100 UA pour provoquer l’effet observé.

Étant donné qu’une , par définition, doit avoir nettoyé son orbite des planètes mineures et d’autres objets célestes, les auteurs se réfèrent à la masse hypothétique comme un objet de masse planétaire. Mais les données n’excluent pas la possibilité que la déformation puisse résulter de plusieurs objets de masse planétaire.

Mais pourquoi n’a-t-on pas encore découvert ce nouvel objet ? Très probablement selon Malhotra et Volk parce que nous n’avons pas encore suffisamment cherché dans cette partie du ciel aux confins du système solaire. L’endroit le plus probable de cet objet serait dans le plan galactique qui est une zone si densément remplie d’étoiles que les analyses du système solaire ont tendance à l’éviter.

Une autre possibilité pour expliquer cette déformation pourrait être une étoile qui serait passée temporairement dans le système solaire selon les auteurs. Une étoile de passage pourrait influencer toutes les toupies dans une direction selon Malhotra. Une fois que l’étoile serait passée, tous les objets de la Ceinture de Kuiper seraient revenus à leurs plans précédents. Cela aurait nécessité un passage extrêmement proche à environ 100 UA, et la déformation aurait disparu en 10 millions d’années et donc, nous ne considérons pas que ce soit un scénario probable.

On pourrait voir cet objet hypothétique après la construction du Large Synoptic Survey Telescope. Dirigé par un consortium et qui est prévu pour un lancement en 2020, cet instrument pourra analyser le ciel en temps réel dans une précision inégalée. Nous espérons que le LSST puisse découvrir 40 000 objets de la Ceinture de Kuiper alors qu’on n’en connait que 2 000 actuellement selon Malhotra.

Sources

1.
The curiously warped mean plane of the Kuiper belt. arXiv. https://arxiv.org/abs/1704.02444. Accessed June 23, 2017.
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Jacqueline Charpentier

Ayant fait une formation en chimie, il est normal que je me sois retrouvée dans une entreprise d'emballage. Désormais, je publie sur des médias, des blogs et des magazines pour vulgariser l'actualité scientifique et celle de la santé.

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