Qu’est-ce qu’une planète ? Vingt ans après Pluton, le débat continue

Imaginez une étoile d’environ la moitié de la masse du Soleil émettant une fiable lumière rouge. Autour d’elle, suivant une période orbitale de 5 000 ans, gravite pesamment une naine brune, un astre énorme bien plus lourd qu’une planète mais pas assez grand pour être considéré comme une étoile.

Notre propre système solaire ne compte en son sein rien qui ressemble à une naine brune. Mais ici, les choses sont encore plus compliquées. Autour de cette naine brune, un monde gazeux presque aussi grand que Jupiter effectue une révolution tous les 171 jours. La question est la suivante : comment faut-il désigner ce dernier objet ? S’agit-il d’une lune ? D’une planète ? De quelque chose d’autre ? Quand ce système, dont l’étoile centrale est nommée CD-35 2722, a été présenté le mois dernier, les astronomes ne le savaient pas vraiment non plus.

Il y a désormais vingt ans, des chercheurs de l’Union astronomique internationale (UAI) se sont trouvés confrontés à un problème semblable lorsqu’il s’est agi de voter pour définir le mot « planète » pour la première fois. Un an auparavant, on avait découvert un corps glacé plus lourd que Pluton aux confins du Système solaire. Plutôt que de donner aux écoliers des planètes supplémentaires à mémoriser, les astronomes ont alors choisi de rétrograder Pluton au statut de planète naine, une décision qui a aujourd’hui encore des détracteurs.

Au cours des deux décennies qui ont suivi, le problème n’a fait que s’aggraver alors que les télescopes découvraient toujours plus d’objets étranges flottant à travers le cosmos, comme le système à trois niveaux autour de CD-35 2722. Malgré une telle ménagerie, de nombreux chercheurs ont bien l’intention de parvenir un jour à une façon simple de déterminer ce qui est ou n’est pas une planètee.

« Dans tous les autres domaines, les scientifiques ont défini les termes dont ils ont besoin pour faire leur travail, fait observer Jean-Luc Margot, astronome à l’Université de Californie à Los Angeles. Nous savons ce qu’est un triangle. Nous savons ce qu’est un virus. Cela n’a de cesse de me surprendre que les astronomes n’aient pas de définition précise du mot planète. » 

COMMENT PLUTON EST DEVENUE UNE PLANÈTE, PUIS UNE PLANÈTE NAINE

Durant l’essentiel de l’histoire humaine, les planètes ne furent rien de plus que de petits points lumineux dans le ciel qui se déplaçaient différemment du reste des étoiles. Notre mot moderne dérive du grec ancien planētēs, qui signifie « vagabonds ». Après l’invention du télescope au 17^e siècle, les scientifiques se sont rendu compte que ces nomades étaient en fait des corps célestes orbitant autour du Soleil comme notre propre planète. Ils découvrirent ensuite de nouvelles planètes invisibles à l’œil nu ; Uranus en 1781 et Neptune en 1846.

Pluton vint ensuite, une petite tache lointaine découverte par l’astronome Clyde Tombaugh en 1930. Pendant près d’un siècle, les manuels scolaires ont expliqué que le Système solaire comptait neuf planètes. Mais au tournant du millénaire, les astronomes ont compris que Pluton n’était pas seule. Des milliers d’autres fragments glacés orbitaient près d’elle dans une région particulière, la ceinture de Kuiper.

En 2005, une équipe d’astronomes a braqué ses instruments bien au-delà de Pluton et découvert un astre de glace d’un diamètre légèrement plus faible mais 25 % plus lourd environ. Conscients du casse-tête que cela allait représenter, les chercheurs l’ont nommé Éris, du nom de la déesse du conflit et de la discorde. La discipline était confrontée à un dilemme : fallait-il classer Éris en tant que planète ? Quelles seraient les implications de cette classification pour les autres mondes frigides de la ceinture de Kuiper ? Où fixer le seuil du statut de planète ?

Dans une tentative de fixer certaines limites, l’UAI, qui fait autorité en la matière, a présenté une résolution lors de sa 26^e assemblée générale, à Prague, qui définissait une planète selon les critères suivants : une planète doit orbiter autour du Soleil, doit être sphérique et doit être assez grosse pour que sa gravité ait débarrassé le voisinage de son orbite d’autres corps, comme des astéroïdes et des fragments rocheux similaires. La résolution a été adoptée, ainsi qu’une résolution ultérieure créant la nouvelle catégorie des « planètes naines » pour Pluton et pour les corps apparentés.

Cette décision a provoqué un tollé public. Des enfants de sept ans envoyaient des courriers indignés aux planétariums et, à ce jour, certains chercheurs professionnels conservent une tendresse particulière pour le neuvième rocher en partant du Soleil. « On apprend à l’école qu’il y a neuf planètes et que Pluton est la dernière », rappelle Alice Zurlo, astrophysicienne à l’Université Diego-Portales (UDP), au Chili, qui était étudiante en licence à l’époque du vote. Elle a beau accepter les résultats, cette rétrogradation lui laisse un goût amer. « Cela me rend encore un peu triste. Pour moi, Pluton sera toujours une planète », confie-t-elle.

La définition posait toutefois des problèmes plus graves. Tout d’abord, elle mentionnait le Soleil et laissait donc de côté les 6 000 astres environ que les scientifiques avaient découverts autour d’autres étoiles. En 2018, l’UAI a adopté une définition opérationnelle distincte pour les exoplanètes selon laquelle elles devaient être en orbite autour d’une étoile, d’une naine brune ou d’un vestige stellaire, comme une naine blanche. Elles doivent également être treize fois plus légères que Jupiter et au moins vingt-cinq fois plus légères que leur étoile hôte. Enfin, là encore, elles doivent exercer une influence gravitationnelle suffisante pour avoir éliminé les objets se trouvant à proximité.

Les astronomes continuent de débattre des résultats produits par ces deux définitions. Certains pensent que la limite supérieure de treize masses joviennes est trop rigide. D’autres jugent la dernière condition vague. « Ni la Terre, ni même Jupiter n’ont débarrassé leurs orbites », rappelle Ravi Kumar Kopparapu, planétologue du Centre de vol spatial Goddard de la NASA. Après tout, on trouve des amas d’astéroïdes sur les orbites de ces deux planètes ou à proximité de celles-ci.

Les observatoires ont également détecté des curiosités cosmiques qui remettent en cause ces définitions. Les planètes errantes, par exemple, sont nées autour d’une étoile mais ont fini par être éjectées sous l’effet de forces gravitationnelles et par errer dans l’espace. Les objets binaires de masse jovienne (JuMBOs) sont des paires d’astres énormes gravitant l’un autour de l’autre qui pourraient être les plus petites naines brunes susceptibles de se former. Peut-on les considérer comme des planètes ?

Dans l’ensemble, la communauté n’en est pas certaine. « Nous avons la définition de l’UAI à laquelle certains se réfèrent, mais je ne pense pas que quiconque en soit vraiment un grand partisan, explique Kevin Michael Hoy, doctorant à l’UDP. Plus nous découvrons de planètes, plus les frontières se brouillent. »

CE N’EST PAS UNE LUNE… MAIS UN EXOSATELLITE ?

C’est dans ce contexte complexe qu’entre en scène CD-35 2722. Située à 73 années-lumière environ, dans la constellation de la Colombe, cette étoile s’est vu découvrir un compagnon, une naine brune, en 2011. Son orbite extrêmement longue signifie que la naine brune et l’étoile rouge sont parfois séparées par une distance plusieurs centaines de fois supérieure à celle qui sépare la Terre du Soleil. Nos instruments peuvent distinguer le minuscule point lumineux formé par la naine brune de son astre hôte, ce qui en fait un excellent terrain d’observation pour préparer la recherche d’autres mondes.

Dès 2023, Alice Zurlo, Kevin Michael Hoy et leurs collaborateurs ont braqué le Très Grand Télescope, au Chili, sur la naine brune et l’ont observée pendant plusieurs années. Peu à peu, les observations ont révélé que l’objet était soumis à une oscillation régulière et périodique, signe que la naine brune était attirée gravitationnellement par un corps plus petit. « Au tout début, je n’arrivais pas à le croire », se souvient Alice Zurlo.

Mais plus ils recueillaient de données, plus le signal devenait clair et trahissait la présence en orbite de la naine brune d’un astre de la taille de Jupiter. L’équipe a ensuite dû décider du nom à lui donner. Ils ont commencé par le terme exolune (analogue à celui d’exoplanète), car de nombreux chercheurs se battent depuis longtemps pour être les premiers à découvrir une lune autour d’une planète lointaine. Mais après des discussions internes et des objections de la part de collègues qui rechignaient à l’idée que l’on appelle lune un objet de la taille de Jupiter, ils se sont mis d’accord sur le terme « exosatellite ».

« C’est une façon un peu floue d’éviter les ennuis avec ceux qui seraient contrariés si nous appelions cela une lune, explique Kevin Michael Hoy, premier auteur de l’article de l’équipe. Et aussi d’éviter les ennuis avec ceux qui seraient contrariés que nous appelions cela une planète. » 

Pourtant, admet-il, cette appellation pourrait constituer une mesure provisoire le temps que la discipline décide de la façon de nommer un objet énorme qui tourne autour d’une naine brune qui, elle-même, tourne autour d’une étoile. Lors d’une récente conférence sur les exoplanètes au Portugal, il a réalisé un sondage auprès d’un peu plus de cent astronomes : 5 % ont répondu que l’objet qu’il avait découvert était une lune, 20 % une planète et 60 % environ préféraient la troisième catégorie, celle d’exosatellite.

AFFINER LA DÉFINITION D’UNE PLANÈTE

La question de savoir ce qui compte comme planète ou comme exoplanète demeure sans réponse définitive. Jean-Luc Margot a tenté d’y répondre en définissant ce que cela signifie pour un objet d’exercer une influence gravitationnelle suffisante pour débarrasser son orbite des autres corps qui y évoluent. En 2024, aidé de deux collègues, il a créé une méthode permettant de quantifier ce facteur à l’aide de la masse d’un objet et de la distance le séparant de son étoile. Plutôt que de nécessiter la disparition du moindre grain de poussière de l’orbite d’un astre, leur proposition identifie des corps dont l’influence gravitationnelle est suffisamment importante pour écarter les objets concurrents si on leur laisse suffisamment de temps.

L’application de leurs calculs aux objets du Système solaire fait émerger une distinction claire entre des objets comme Mercure et Jupiter d’une part et des objets comme Pluton et Éris d’autre part, et permet de distinguer quantitativement les astres qui sont des planètes de ceux qui n’en sont pas tout à fait. Toutes les exoplanètes connues compteraient comme des planètes selon leurs critères (de même que l’exosatellite en orbite autour de CD-35 2722, selon Jean-Luc Margot). En revanche, les planètes errantes et les JuMBOs ne compteraient pas comme tels, car ils ne tournent pas autour d’étoiles, de naines brunes ou de vestiges stellaires.

Jean-Luc Margot et ses collaborateurs ont proposé que leur définition soit adoptée lors de la plus récente Assemblée générale de l’UAI, en 2024, au Cap, en Afrique du Sud. Mais les responsables de l’UAI ont choisi de ne pas la retenir, hantés peut-être par le souvenir de la boîte de Pandore ouverte lors de la rétrogradation de Pluton. « Cela fait vingt ans, mais il y a probablement encore un traumatisme au sein de la direction de l’UAI », note-t-il. Les chercheurs n’ont pas encore décidé s’ils soumettront de nouveau leur définition lors de l’Assemblée générale de 2027, à Rome, en Italie.

La science vit de catégories, en distinguant ceci de cela. Peut-être cela explique-t-il les passions que suscite cette question et pourquoi elle n’est toujours pas tranchée. Chaque fois que les astronomes découvrent quelque chose de nouveau, l’une des premières questions qu’ils se posent (et que se posent le public) est : « S’agit-il d’une planète ? », comme le souligne Jean-Luc Margot. « Si nous ne disposons pas d’une définition satisfaisante, nous ne pouvons pas apporter de réponse à cela. »