Il pourrait y avoir une autre planète cachée dans les confins du système solaire – ou des preuves d’une modification des lois de la gravité. Deux physiciens théoriciens rapportent que les mêmes observations qui ont inspiré la recherche de la Planète Neuf pourraient être la preuve, au sein du système solaire, d'une loi modifiée de la gravité développée à l'origine pour comprendre la rotation des galaxies.
Vue d'artiste des objets de la ceinture de Kuiper (KBO), situés aux confins du système solaire, à 4 milliards de kilomètres du soleil. Source image : NASA, ESA et G.Bacon (STScI)
Harsh Mathur, professeur de physique à l'Université Case Western Reserve, et Katherine Brown, professeur agrégé de physique au Hamilton College, sont parvenus à cette conclusion après avoir étudié l'impact de la Voie lactée sur les objets extérieurs du système solaire - si la loi de la gravité est régie par une théorie appelée Dynamique Newtonienne Modifiée (MOND).
MOND propose que la célèbre loi de la gravité d'Isaac Newton soit valable dans une certaine mesure. Autrement dit, lorsque l'accélération gravitationnelle prédite par les lois de Newton devient suffisamment faible, MOND permet à un comportement gravitationnel différent de prendre sa place.
L'observation réussie de MOND à l'échelle galactique est la raison pour laquelle certains scientifiques pensent qu'elle peut remplacer la « matière noire ». La « matière noire » est un terme utilisé par les physiciens pour décrire une forme hypothétique de matière qui a des effets gravitationnels mais n'émet aucune lumière.
"MOND explique très bien les observations à l'échelle galactique, mais je ne m'attendais pas à ce qu'il ait un impact significatif sur le système solaire externe", a déclaré Mathur.
Leurs résultats ont été récemment publiés dans Acta Astronomica.
Mather et Brown ont déjà étudié les effets de MOND sur la dynamique des galaxies. Mais après que les astronomes ont annoncé en 2016 que certains corps célestes du système solaire externe présentaient des anomalies orbitales pouvant être expliquées par la Planète Neuf, ils se sont intéressés aux effets locaux de MOND.
Les anomalies orbitales ont conduit à des découvertes historiques : Neptune a été découverte grâce à son attraction gravitationnelle sur les orbites d'objets proches, la petite poussée vers l'avant de Mercure a fourni les premières preuves à l'appui de la théorie de la relativité générale d'Einstein, et les astronomes ont récemment utilisé la dynamique orbitale pour déduire l'existence d'un trou noir supermassif au centre de la Voie lactée.
Brown s'est rendu compte que les prédictions de MOND pourraient ne pas correspondre aux observations qui étaient à l'origine de la recherche de la Planète Neuf. "Nous voulions savoir si les données soutenant l'hypothèse de Planet Nine excluraient effectivement MOND", a-t-elle déclaré.
Au lieu de cela, Musser et Brown ont découvert que MOND prédisait exactement le regroupement observé par les astronomes. Ils pensent que sur des millions d’années, les orbites de certains objets du système solaire externe seront alignées par le champ gravitationnel de la Voie lactée.
"Lorsqu'ils ont comparé les orbites des objets de l'ensemble de données Planet 9 avec le champ gravitationnel de la Voie lactée elle-même, ils ont trouvé une correspondance frappante", a déclaré Mather.
Les auteurs préviennent que l’ensemble de données actuel est restreint et que toute autre possibilité pourrait s’avérer correcte ; par exemple, d’autres astronomes pensent que les particularités de l’orbite sont le résultat de biais d’observation.
"Quel que soit le résultat", a déclaré Brown, "ces travaux mettent en évidence le potentiel du système solaire externe en tant que laboratoire pour tester la gravité et étudier des questions fondamentales en physique."