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    Une planète géante éjectée du Système solaire ?  
    David Fossé - Ciel & Espace, no. 502 - 2012-03-01      
    L'hypothèse paraît incroyable. Elle est pourtant prise très au sérieux.
Le Système solaire aurait éjecté une planète géante il y a 3,9 milliards d'années.
Peut-être même deux planètes !
Pour convaincre, l'astrophysicien David Nesvorny ne manque pas d'arguments.
 
    Personne ne te croira ! Dans son bureau de l'observatoire de Nice, où il mène ses recherches pour un an, l'astrophysicien américain David Nesvorny se souvient de la réaction de son collègue Hal Levison la première fois qu'il lui a parlé de son hypothèse : le Système solaire, au cours de son enfance, aurait éjecté une, voire deux planètes géantes. En protégeant les petites planètes rocheuses de l'influence néfaste de Jupiter, cette expulsion aurait même peut-être joué un rôle dans l'évolution de la Terre…  
    Lorsque cette idée de planète éjectée a surgi, j'étais en train de tester la robustesse du modèle de Nice, se souvient David Nesvorny. Ce modèle informatique d'évolution du Système solaire montre que celui-ci n'a pas toujours été aussi calme qu'à présent. Dans sa jeunesse, 600 millions d'années après que le disque de gaz entourant le Soleil primitif se soit dissipé, les planètes géantes auraient changé violemment de trajectoire, et déclenché un cataclysme global dont la Lune porte encore les stigmates. "J'avais des soucis car mes simulations ne donnaient pas le résultat attendu. Seulement 1% d'entre elles parvenaient à reproduire le Système solaire actuel. Dans la plupart des cas, une planète était éjectée et je me retrouvais avec seulement trois géantes !" raconte l'astrophysicien.  
    Face à son ordinateur, surpris que le modèle ne fonctionne pas, David Nesvorny tente tous les réglages possibles. Et si le disque de planétésimaux qui entoure les planètes à cette époque était encore plus massif que prévu ? "D'un point de vue gravitationnel, un disque de planétésimaux agit comme de la colle, explique le chercheur américain. En augmentant sa masse, j'arrivais à conserver toutes mes planètes. Mais alors Neptune s'en allait trop loin et les autres se retrouvaient sur des orbites beaucoup plus circulaires et planes que celles que l'on observe." Il tente de jouer sur l'extension du disque, mais les résultats sont pires. Il modifie la précision de ses simulations, cela ne sert à rien, il change la disposition des planètes : pas mieux. "Après m'être longtemps tapé la tête contre les murs, j'ai eu cette idée toute simple : puisque je perdais une planète pendant la simulation, il fallait que j'en ajoute une au départ…" Évident ? Pas vraiment pour un théoricien soucieux d'arriver à bon port. Car ajouter une planète revient aussi à ajouter plusieurs paramètres à un modèle déjà fort complexe. "Il faut toujours un peu de courage pour s'y résoudre, souligne David Nesvorny en souriant. D'abord, il faut trouver de bons arguments vis-à-vis de ses collègues. Et puis, le risque est d'arriver au bout du compte à un résultat peu convaincant, Ni vraiment juste, ni vraiment faux."  
   

L'ajout d'une Neptune

 
    Mais cette fois, l'audace du chercheur est récompensée. L'ajout d'une planète de la taille d'Uranus ou de Neptune dans les simulations permet au modèle de retomber sur ses pattes dans plus d'un cas sur deux. Inespéré ! Mieux encore : l'éjection d'une planète permet d'expliquer comment Jupiter a sauté d'une orbite à l'autre il y a 600 millions d'années, épargnant ainsi des collisions cataclysmiques entre planètes rocheuses, dont la Terre… "Dans le modèle de Nice, l'instabilité globale qui frappe les planètes géantes du Système solaire après 600 millions d'années entraîne la séparation de Jupiter et de Saturne", explique l'un des concepteurs du modèle, Alessandro Morbidelli. Lorsque cette séparation est lente, Jupiter se déplace pendant plusieurs millions d'années. Elle a tout son temps pour perturber l'orbite des planètes rocheuses et les entraîner petit à petit dans un périlleux jeu de billard interplanétaire. Si cette séparation est rapide, au contraire, la géante bouge trop vite pour influencer durablement les petites planètes. Et justement, l'éjection d'une planète provoque un effet de recul, un déplacement rapide…  
   

Le modèle de Nice explique la présence de satellites irréguliers autour des planètes géantes. Ici, Hypérion, satellite de Saturne.

 
    Intéressant, mais peut-être pas tout à fait suffisant pour convaincre la majorité des astronomes. "Quelques semaines après que je lui ai parlé de mon travail, Hal Levison m'a fait remarquer que l'éjection de planètes cadrait bien avec l'hypothèse des planètes flottantes", poursuit David Nesvorny. Ces planètes détachées de toute étoile, dont l'existence est soupçonnée depuis des années, ont pris une soudaine consistance l'été dernier, quand Takahiro Sumi et ses collègues ont publié une étonnante statistique dans la revue Nature : selon eux, il y aurait deux fois plus de planètes en dehors des systèmes planétaires que d'étoiles dans la Galaxie ! L'éjection de planètes ne serait donc pas une coquetterie du Système solaire, mais un passage obligé de l'évolution stellaire. Le fait que l'on observe beaucoup de planètes extrasolaires avec des orbites très elliptiques (comme celles de nos comètes) va dans le même sens. "Dans les simulations numériques, des orbites aussi bizarres apparaissent souvent dans les systèmes où des planètes ont été éjectées", souligne David Nesvorny.  
   

La Lune conserve les traces du bombardement massif qu'a connu le Système solaire interne, voici 3,9 milliards d'années.

 
   

Une voyageuse interstellaire

 
    Si une planète de la taille d'Uranus ou de Neptune a bien été éjectée du Système solaire, peut-on espérer la repérer un jour ? Par exemple avec le télescope de 40 m de diamètre, l'E-ELT, que l'Europe doit mettre en service en 2018 ? "Pas la moindre chance, répond l'astrophysicien. Selon mes estimations, la planète a été éjectée à environ 1 km/s. C'est assez faible, mais l'événement a eu lieu il y a 3,9 milliards d'années ! Ce qui fait quelle doit être aujourd'hui à plus de 30'000 années-lumière du Soleil. "Autrement dit, elle est totalement perdue dans la Galaxie, parmi des centaines de milliards de congénères.  
    Voilà pourquoi l'idée de donner un nom à sa planète perdue amuse beaucoup David Nesvorny. "Beaucoup de personnes m'ont fait des suggestions", reconnaît le chercheur. Hadès, Chronos et même Nibiru sont sur sa liste. "Pourquoi pas Thing 1 et Thing 2, deux personnages de la littérature enfantine très célèbres aux États-Unis ? Après tout, il n'y a peut-être pas eu une, mais deux planètes éjectées plaisante-t-il. Plus sérieusement, s'il devait choisir, il voterait pour Hadès, "qui signifie l'invisible".  
    Mais dans l'immédiat, David Nesvorny a mieux à faire. Pour être intégrée au modèle de Nice, son hypothèse doit encore passer un test capital. "Un système compact à cinq ou six planètes géantes peut-il rester stable pendant plusieurs centaines de millions d'années avant que des planètes soient éjectées ?" questionne Alessandro Morbidelli. Le grand mérite du modèle de Nice est précisément d'expliquer le bombardement tardif qu'a subi le Système solaire, 600 millions d'années après sa naissance : pourquoi il a eu lieu, mais aussi pourquoi si tard ! Avec un ou deux nouveaux spécimens, le délicat équilibre gravitationnel qui lie les planètes entre elles peut-il tenir si longtemps avant d'être déstabilisé ? "Pour me convaincre totalement, il reste encore à me le démontrer", prévient l'astronome italien. Ce n'est sans doute pas pour rien que David Nesvorny a fait le voyage de Boulder, Colorado, à Nice…  
       
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