Depuis près de dix ans, les astronomes scrutent les confins du système solaire à la recherche de signes d’une hypothétique neuvième planète, en vain. Cependant, les experts affirment que nous pourrions enfin être sur le point de la découvrir. Aux confins du système solaire — si loin des planètes connues que le Soleil serait à peine distinguable de l’étoile la plus proche — un vaste monde glacé pourrait se cacher dans l’ombre, attendant d’être découvert. De nouveaux indices suggèrent l’existence d’une hypothétique planète supplémentaire dans les confins de notre système solaire, et ces indices résident dans des corps glacés qui croisent l’orbite de Neptune sur de longues et sinueuses orbites autour du Soleil.
La planète Neuf, comme on l’appelle, a été postulée pour la première fois en 2016 par Konstantin Batygin et Michael Brown, du California Institute of Technology; ce dernier avait également découvert la planète naine Éris en 2005. Leurs premières données portaient principalement sur l’amas d’objets transneptuniens (OTN), des objets qui passent la majeure partie de leur orbite à une distance du Soleil supérieure à celle de Neptune. C’est très éloigné. Plus précisément, les deux chercheurs ont étudié les OTN à forte inclinaison, c’est-à-dire des objets orbitant autour du Soleil selon des angles importants par rapport au plan de l’écliptique.
Représentation artistique de la Planète Neuf, un monde hypothétique que certains scientifiques pensent se cacher aux confins de notre système solaire. R. Hurt/IPAC/Caltech
Puisque le système solaire s’est formé à partir d’un disque autour du Soleil, on pourrait s’attendre à ce que les orbites de tous les objets orbitant autour du Soleil soient relativement proches du plan de ce disque. Or, certains objets s’en écartent, ce qui suggère que la gravité de la Planète Neuf pourrait attirer ces objets hors de l’écliptique et les regrouper sur des orbites fortement inclinées, partageant des «apses» communes (les points les plus proches et les plus éloignés de leur orbite autour du Soleil) et orientées selon la même inclinaison par rapport à l’écliptique.
Cependant, certains astronomes restaient sceptiques, arguant que ce que Batygin et Brown percevaient comme un regroupement n’était qu’une illusion due à une erreur d’observation. Le duo de Caltech conteste cette hypothèse et a publié au printemps 2024 un article consacré à l’observation d’objets transneptuniens à faible inclinaison qui, bien que ne se regroupant pas, présentent des caractéristiques distinctives.
Ces objets transneptuniens glacés sont particuliers: ils passent la majeure partie de leur existence à une distance du Soleil des centaines de fois supérieure à celle de la Terre, mais leurs orbites sont si allongées qu’ils s’approchent du Soleil et s’en rapprochent brièvement plus que Neptune, qui n’est que 30 fois plus éloignée du Soleil que la Terre. Dans cette étude, les scientifiques ont examiné des objets aux orbites de longue période qui interagissent activement avec Neptune, notamment ceux qui croisent son orbite.
L’existence d’une Planète Neuf, de masse comparable à celle de Neptune, pourrait expliquer le regroupement apparent dans l’espace de plusieurs objets transneptuniens extrêmes connus. Diagramme réalisé avec le télescope WorldWide. Caltech/R.Hurt/IPAC
Plus précisément, cela ne s’applique pas à tous les objets croisant l’orbite de Neptune. Pluton en est un bon contre-exemple. À l’instar de Pluton, les orbites de la plupart des objets transneptuniens ne sont pas aussi elliptiques que celles présentées dans la nouvelle étude de l’équipe. En réalité, les trajectoires de la plupart des objets transneptuniens leur permettent de rester suffisamment proches de Neptune pendant de longues périodes pour être influencées par la gravité de la géante de glace.
Cependant, l’équipe de recherche s’intéressait uniquement aux objets transneptuniens situés à plusieurs centaines d’unités astronomiques des marées gravitationnelles de Neptune, où ils pourraient être influencés par la Planète Neuf, si elle existe. Puisque ces objets proviennent de toutes les directions proches du plan de l’écliptique et ne présentent aucun comportement de regroupement, l’accusation de biais formulée à l’encontre des données antérieures concernant les objets transneptuniens regroupés et présentant de fortes inclinaisons est invalidée.
Les objets transneptuniens étudiés, comme tout autre objet suivant des trajectoires similaires, ne restent que très peu de temps sur leurs orbites. Au fil de millions d’années, la gravité de Neptune, la géante de glace bleu azur, les disperse inévitablement, les éjectant sur de grandes distances et parfois même hors du Système solaire. Cela signifie que le phénomène qui envoie les objets transneptuniens sur des orbites croisant celle de Neptune est continu. Il doit donc exister un processus continu assurant le renouvellement des objets transneptuniens. Par conséquent, le responsable ne peut être un événement survenu dans un passé lointain, comme le passage d’une étoile trop près. Il s’agit forcément d’un phénomène encore actuel.
Deux scénarios expliquent pourquoi des objets transneptuniens pourraient régulièrement décrire de longues orbites en boucle croisant celle de Neptune. Le premier implique l’action de la marée galactique – la force gravitationnelle de la Voie lactée qui nous entoure – sur les objets du nuage d’Oort, situé bien au-delà de Neptune. Ces objets ne sont que faiblement affectés par la gravité du Soleil en raison de leur éloignement de notre étoile, mais la marée galactique pourrait les rapprocher de Neptune.
Un autre scénario, peut-être plus intéressant, est que la gravité de la Planète Neuf perturbe tellement les objets du nuage d’Oort qu’ils finissent par se rapprocher de Neptune.
Batygin et son équipe — Michael Brown, Alessandro Morbidelli de l’Observatoire de la Côte d’Azur à Nice, en France, et David Nesvorny du Southwest Research Institute à Boulder, dans le Colorado — ont effectué deux séries de simulations à partir d’observations d’objets transneptuniens réels à faible inclinaison traversant l’orbite de Neptune afin de déterminer quel scénario est le plus précis.
Un modèle considérait une planète cinq fois plus massive que la Terre comme influençant les objets transneptuniens (les propriétés modélisées de la Planète Neuf étaient dérivées de caractéristiques expliquant au mieux les données antérieures, telles qu’un amas d’objets transneptuniens fortement inclinés), tandis que l’autre modèle omettait complètement la Planète Neuf et ne simulait que les marées galactiques. Laquelle de ces options permettrait de résoudre le mieux le problème des objets transneptuniens passant près de Neptune?
Les simulations ont montré que les objets transneptuniens à faible inclinaison ne pouvaient pénétrer régulièrement au-delà de l’orbite de Neptune que si la Planète Neuf était réellement présente pour les « propulser ». Les tourbillons de marée galactiques, à eux seuls, se sont révélés trop faibles pour permettre à ces objets de franchir l’orbite de Neptune. Par conséquent, dans les simulations de marée galactique, les objets transneptuniens s’approchent du Soleil à une certaine distance, puis s’en éloignent. En revanche, dans le scénario de la Planète Neuf, les objets transneptuniens sont répartis sur une gamme d’orbites croisant celle de Neptune, ce qui correspond aux observations réelles.
Le système solaire compte officiellement huit planètes: Mercure, Vénus, la Terre, Mars, Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune. Mais ces dernières années, des astronomes ont émis l’hypothèse qu’une neuvième planète, surnommée de façon évocatrice «Planète Neuf», pourrait se cacher quelque part aux confins de notre voisinage cosmique.
Et non, il ne s’agit pas de Pluton, rétrogradée du statut de planète à celui de «planète naine» en 2006. Les scientifiques pensent que la Planète Neuf est une géante gazeuse ou glacée située à des milliards de kilomètres des autres planètes. Si elle existe, elle pourrait bouleverser notre compréhension de l’origine et de l’évolution du système solaire.
Les astronomes ont prédit la taille de ce monde hypothétique, sa distance et même sa position sur son orbite autour du Soleil. Cependant, les scientifiques n’ont pas réussi à détecter la Planète Neuf, parfois appelée Planète X, pendant près d’une décennie.
Les orbites inhabituelles des objets transneptuniens dans et autour de la ceinture de Kuiper indiquent la présence d’un objet massif dans les confins du système solaire. Getty Images
L’idée d’une neuvième planète dans le système solaire a émergé après la découverte d’Uranus en 1781 et de Neptune en 1846, plus de 3 000 ans après la découverte des autres planètes par les Babyloniens. Ces découvertes ont prouvé que le système solaire était bien plus vaste que l’humanité ne l’avait imaginé et ont ouvert la voie à la découverte d’autres mondes.
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Mais, hormis Pluton, désormais déclassée, aucune planète à part entière n’a été découverte depuis lors au-delà de Neptune ou de la ceinture de Kuiper – le gigantesque anneau d’astéroïdes, de comètes et de planètes naines orbitant autour du Soleil au-delà de Neptune. Et à mesure que les astronomes cartographiaient le système solaire externe, il devenait de plus en plus improbable qu’ils aient manqué un objet aussi massif qu’une planète.
Cependant, une découverte en 2004 a changé la donne. Les scientifiques ont découvert que Sedna, une planète naine potentielle située au-delà de la ceinture de Kuiper, orbitait autour du Soleil selon une orbite inhabituelle. Sa trajectoire singulière laissait supposer qu’une autre masse importante du système solaire externe exerçait une attraction gravitationnelle sur ce petit monde. Toutefois, faute d’informations supplémentaires, cette hypothèse était difficile à prouver.
Puis, en 2014, des astronomes ont annoncé la découverte d’un objet de la ceinture de Kuiper plus petit, nommé 2012 VP113, dont l’orbite excentrique est similaire à celle de Sedna. Les résultats ont également laissé entendre que d’autres objets transneptuniens (OTN) excentriques restent à découvrir.
Ces découvertes ont attiré l’attention de Brown et de son collègue, l’astronome Konstantin Batygin du Caltech, qui ont remarqué que Sedna et 2012 VP113 présentaient une courbure similaire sur leurs orbites. Cette irrégularité commune, qui provoque un bref passage de ces objets sous le plan orbital des planètes connues, suggérait qu’un corps – peut-être un amas d’astéroïdes, une planète naine, voire une exoplanète – exerçait une attraction gravitationnelle sur ces objets.
Si la Planète Neuf est découverte, les agences spatiales enverront probablement des sondes vers ce monde lointain. Anton Petrus
Depuis 2016, Brown, Batygin et d’autres chercheurs poursuivent leurs recherches de la Planète Neuf. Bien qu’ils ne l’aient pas encore trouvée, ils ont découvert d’autres objets transneptuniens inhabituels, portant leur nombre total à 13 et renforçant ainsi l’hypothèse de l’existence de la Planète Neuf.
Ces découvertes permettent également de contraindre la taille potentielle de la Planète Neuf, sa distance par rapport au Soleil et sa trajectoire orbitale au sein du Système solaire.
D’après leurs estimations les plus précises, cette planète est environ sept fois plus massive que la Terre, soit entre cinq et dix fois plus massive que notre planète. Elle serait ainsi la cinquième planète la plus massive du système solaire, après Jupiter, Saturne, Neptune et Uranus.
Brown a indiqué que la composition de la Planète Neuf est probablement « très similaire à celle de Neptune » en raison de son éloignement du Soleil. Son diamètre est donc environ deux fois supérieur à celui de la Terre. Certains scientifiques supposent également que la Planète Neuf pourrait être entourée de lunes, semblables à de puissantes géantes gazeuses.
Si elle existe, la Planète Neuf se situerait probablement à environ 500 unités astronomiques du Soleil, soit 500 fois plus loin que la Terre. Cela peut paraître incroyable, mais des exoplanètes de taille similaire ont été découvertes en orbite autour d’autres étoiles à des distances tout aussi vastes, ce qui renforce cette hypothèse.
À une telle distance, la Planète Neuf pourrait mettre entre 5 000 et 10 000 ans pour effectuer une orbite complète autour du Soleil. Son orbite est probablement très elliptique, ce qui explique les variations importantes de sa distance au Soleil au fil du temps. De plus, son orbite n’est vraisemblablement pas située dans le même plan que celle des autres planètes, ce qui complique davantage sa détection.
L’orbite inhabituelle de la Planète Neuf et son éloignement extrême du Soleil laissent également penser qu’il pourrait s’agir d’une planète errante, un monde interstellaire capturé par le Soleil après avoir été éjecté de son système solaire. Cependant, Brown et Batygin estiment que la Planète Neuf s’est probablement formée en même temps que les autres planètes du Système solaire.
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De nombreux astronomes sont prudemment optimistes quant à l’existence de la Planète Neuf.
Alessandro Morbidelli, astronome à l’Observatoire de la Côte d’Azur, a déclaré à Live Science par courriel que l’existence de la Planète Neuf est «hautement probable». «Il existe plusieurs indices indirects de son existence», a ajouté Morbidelli, qui a examiné l’article de Brown et Batygin de 2016 avant sa publication.
Les scientifiques pensent qu’une neuvième planète pourrait se cacher quelque part aux confins du système solaire, et un nouveau télescope pourrait enfin prouver son existence. Nicholas Forder
David Rabinowitz, astrophysicien à l’université de Yale, a reconnu qu’il existe probablement quelque chose dans l’espace et que l’hypothèse de la «Planète Neuf» est «la meilleure explication à ce jour», a-t-il déclaré à Live Science. Les découvertes de nouveaux objets transneptuniens excentriques depuis la première proposition de cette hypothèse ont renforcé la confiance dans cette théorie, a-t-il ajouté.
«C’est une véritable montagne russe ! Je suis passé d’une confiance de 90% à 10% ou moins», a déclaré Sean Raymond, chercheur au Laboratoire d’astrophysique de Bordeaux, dans un courriel adressé à Live Science. «J’espère que c’est vrai, mais je n’en suis toujours pas convaincu.»
Les doutes concernant la Planète Neuf proviennent d’explications alternatives possibles au comportement étrange des objets transneptuniens. Par exemple, les anomalies gravitationnelles observées par Brown et Batygin pourraient être causées par un jeune trou noir, un disque de poussière géant invisible ou une rencontre rapprochée avec une planète errante. De plus, la présence d’objets transneptuniens pourrait indiquer la nécessité de revoir notre modèle de la gravité.
D’autres pensent que les anomalies apparentes des TNO sont simplement dues à des «erreurs d’observation», car il est plus facile de repérer les TNO plus proches de la Terre que ceux plus éloignés, a déclaré Samantha Lawler, astronome à l’Université de Regina au Canada et critique éminente de l’hypothèse de la «Planète Neuf», dans un courriel adressé à Live Science.
«Je pense qu’il reste encore beaucoup de corps célestes fascinants à découvrir dans le système solaire externe», a déclaré Lawler. Mais la Planète Neuf n’en fait pas partie, a-t-elle ajouté.
Cependant, Brown et Batygin contestent que les erreurs d’observation créent l’illusion de l’existence d’une neuvième planète.
«Je suis aussi sûr que vous de l’existence de la Planète Neuf jusqu’à ce que vous la trouviez», a déclaré Brown.
Alors, si la Planète Neuf existe, pourquoi ne l’avons-nous pas encore découverte? La réponse est simple: cette planète cachée est «très, très loin», explique Brown. La lumière qu’elle réfléchirait serait extrêmement faible après avoir traversé la majeure partie du système solaire (à deux reprises), la rendant pratiquement impossible à observer.
Au départ, les chercheurs ignoraient également la position exacte de la planète sur son orbite supposée. Ils ont donc dû scruter une vaste zone du ciel pour repérer ce corps peu lumineux, un peu comme essayer de «trouver une baleine blanche isolée dans l’océan», a expliqué Brown.
Selon Brown, les chercheurs ont maintenant analysé des milliers d’images provenant de multiples relevés du ciel le long de la trajectoire orbitale projetée de la Planète Neuf, à la recherche d’objets qui se déplacent au fil du temps.
Malheureusement, le ciel nocturne regorge d’objets brillants en mouvement comme les comètes, les chercheurs doivent donc passer au crible «beaucoup de débris» pour trouver la planète, a ajouté Brown.
Dans leur dernier article, Brown et Batygin ont analysé les données du Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System (Pan-STARRS) de l’observatoire Haleakala à Hawaï et ont exclu avec certitude environ 78% de la trajectoire orbitale proposée comme sites portuaires possibles.
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