La chaleur du soleil a perturbé les planètes du système solaire primitif

Dans les premières années du système solaire, les planètes géantes qui se formaient encore se sont écartées, ont fait un do-si-do, puis ont poussé l’un de leurs partenaires loin de l’emprise gravitationnelle du Soleil. Les choses se sont calmées et notre système planétaire était dans sa configuration finale.

On ne sait pas ce qui a déclenché ce tremblement planétaire. Des simulations informatiques montrent maintenant que le rayonnement chaud du jeune soleil, qui évapore les disques de gaz et de poussière qui composent sa planète, a conduit au mélange des orbites des planètes géantes, ont déclaré des scientifiques le 28 avril. Nature.

En conséquence, les quatre plus grandes planètes auraient pu être dans leur configuration finale 10 millions d’années après la naissance du système solaire il y a environ 4,6 milliards d’années. C’est beaucoup plus rapide que les 500 millions d’années suggérées par des travaux antérieurs.

Le mécanisme d’interférence planétaire découvert par l’équipe dans des simulations informatiques est très innovant, déclare l’astrophysicien Nelson Ndugu, qui étudie la formation des planètes à l’Université Northwestern à Potchefstrom, en Afrique du Sud, et à l’Université Muni à Arua, en Ouganda. “Il a un énorme potentiel.”

Une multitude de preuves, y compris des observations de la formation de systèmes planétaires extrasolaires (SN : 02.07.18) avait déjà indiqué que quelque chose dans l’histoire des débuts de notre système solaire interférait avec les orbites des planètes géantes, ce que les scientifiques appellent l’instabilité d’une planète géante (SN : 25.05.2005).

“Les preuves de l’instabilité d’une planète géante sont vraiment solides”, a déclaré Seth Jacobson, planétologue à la Michigan State University à East Lansing. “Cela explique de nombreuses propriétés du système solaire externe”, dit-il, comme le grand nombre d’objets rocheux derrière Neptune qui forment la ceinture de Kuiper (SN : 31.12.2009).

Pour découvrir ce qui a déclenché cette instabilité, Jacobson et ses collègues ont effectué des simulations informatiques des milliers de façons dont le système solaire primitif aurait pu évoluer. Tout a commencé avec la jeune étoile et le disque de gaz et de poussière qui a formé la planète qui entourait l’étoile. L’équipe a ensuite modifié les paramètres du disque, tels que son poids, sa densité et son taux de développement.

Les simulations incluaient également des planètes géantes émergentes – en fait, cinq d’entre elles. Les astronomes pensent que la troisième géante de glace, en plus d’Uranus et de Neptune, était à l’origine un membre du système solaire (SN : 20.04.12). Jupiter et Saturne forment le résumé final de ces planètes massives.

Lorsque le Soleil est officiellement devenu une étoile, au moment où il a commencé à brûler de l’hydrogène dans son noyau – il y a environ 4,6 milliards d’années – son rayonnement ultraviolet aurait touché le gaz du disque, l’ionisant et le chauffant à des dizaines de milliers de degrés. “C’est un processus très bien documenté,” dit Jacobson. Au fur et à mesure que le gaz se réchauffe, il se dilate et s’éloigne de l’étoile, en commençant par l’intérieur du disque.

“Le disque disperse son gaz de l’intérieur vers l’extérieur”, explique Beibei Liu, astrophysicien à Hangzhou, Université de Chine. Lui et Jacobson ont collaboré à une nouvelle étude avec Sean Raymond, astronome au Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux en France.

Dans les simulations d’équipe, lorsque la partie interne d’un disque se dissout, la zone perd du poids, de sorte que les planètes administrées et encore formées ressentent moins de gravité de cette zone, explique Jacobson. Mais les planètes ressentent toujours la même attraction de la surface extérieure du disque. Ce tournant gravitationnel, comme l’appelle l’équipe, peut déclencher un effet de rebond : “Au départ, les planètes migrent et atteignent [inner] le bord de ce disque et ils inversent leur migration », explique Liu.

En raison de la grande masse de Jupiter, il n’est généralement pas affecté. Saturne, cependant, se déplace vers l’extérieur et dans une zone qui contient trois planètes géantes de glace dans les simulations. La région devient de plus en plus peuplée, dit Liu, suivie d’interactions planétaires intenses. Une géante de glace sera complètement éjectée du système solaire, Uranus et Neptune s’éloigneront un peu plus du Soleil, et “elles formeront progressivement des orbites proches de la configuration de notre système solaire”, explique Liu.

Les scientifiques ont découvert dans leurs simulations informatiques que lorsque le rayonnement solaire s’évapore, les planètes sont presque toujours transformées. “Nous ne pouvons pas éviter cette instabilité”, déclare Jacobson.

Maintenant que les scientifiques ont une idée de ce qui a pu causer la confusion dans ce système solaire, la prochaine étape consiste à simuler comment l’évaporation du disque pourrait affecter d’autres objets.

“Nous nous concentrons beaucoup sur les planètes géantes parce que leurs orbites étaient la motivation initiale”, explique Jacobson. “Mais maintenant, nous devons faire un travail de suivi pour montrer comment ce mécanisme de déclenchement se rapporte aux petits corps.”

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