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D'après plus d'une centaine de simulations informatiques, deux planètes supplémentaires auraient autrefois circulé dans les régions extérieures du Système solaire, avant d'être éjectées dans l'espace interstellaire. Leur passage aurait profondément remodelé les orbites de leurs voisines.
Cette hypothèse s'appuie sur le célèbre "modèle de Nice", proposé dès 2005. Il décrit une grande instabilité des planètes géantes actuelles — Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune — qui auraient migré de leurs positions d'origine pour atteindre les orbites que nous connaissons. Cette migration, provoquée par des rencontres rapprochées, serait ainsi à l'origine de la configuration actuelle du Système solaire.
Une version révisée du modèle envisageait déjà la présence d'une cinquième géante, éjectée plus tard. La nouvelle étude va plus loin en testant systématiquement les effets de ces rencontres sur les satellites des géantes actuelles.
Pour y voir plus clair, les chercheurs ont passé en revue une base de 100 000 simulations de l'évolution du jeune Système solaire. Ils en ont extrait 122 reproduisant la configuration finale des planètes géantes actuelles. Dans environ deux cinquièmes de ces scénarios, le Système solaire comptait cinq géantes, et six dans les autres, représentant ainsi le cas le plus probable. En "rejouant" les rencontres planétaires avec les satellites en place, ils ont pu observer le destin de ces lunes.
Les résultats obtenus sont surprenants. Les simulations avec deux géantes supplémentaires stabilisaient les lunes de Jupiter, tandis que celles avec une seule géante supplémentaire conservaient les lunes d'Uranus. Autrement dit, les satellites de Jupiter et d'Uranus semblent avoir été préservés lors d'événements distincts. La danse orbitale des lunes galiléennes de Jupiter — Io, Europe et Ganymède —, actuellement en résonance 1:2:4, plaide en faveur de deux géantes supplémentaires.
Ces planètes supplémentaires, en migrant entre les géantes gazeuses et Uranus, auraient déstabilisé les lunes d'Uranus. En conséquence: fragmentation de ses satellites et vaporisation des matériaux volatils comme la glace. Cette glace se serait ensuite accumulée sur les restes en orbite, expliquant pourquoi Miranda, une lune d'Uranus, contient 50 % de glace de plus que les autres. Mais ce n'est pas la seule piste: deux simulations ont réussi à conserver les satellites des deux planètes avec une seule géante supplémentaire. Des travaux futurs départageront ces hypothèses.
Que savons-nous de ces planètes disparues ? Peu de choses, sinon leur masse. Dans le scénario à cinq géantes, l'unique planète supplémentaire avait une masse voisine de celle de Neptune. Avec six géantes, les deux planètes supplémentaires étaient des "super-Terres", avec des masses comprises entre celle de la Terre et de Neptune. Leurs propriétés physiques devaient ressembler à celles d'Uranus et Neptune. Les chercheurs continueront d'étudier les lunes d'Uranus pour y déceler des traces de ces lointaines perturbations.