Un objet de la taille d’une planète qui a peut-être déjà visité le système solaire pourrait avoir modifié de façon permanente notre voisinage cosmique en déformant les orbites des quatre planètes extérieures, suggère une nouvelle étude. Les résultats pourraient expliquer pourquoi les trajectoires de ces planètes présentent certaines caractéristiques particulières.
Depuis des décennies, les astronomes débattent de la formation des planètes du système solaire. Cependant, la plupart des hypothèses s’accordent sur le type d’orbite que devraient avoir les planètes : des cercles disposés de manière concentrique autour de l’orbite. soleil et mentir sur le même plan. (Si vous les regardiez par la tranche, vous ne verriez qu’une ligne.) Cependant, aucune des huit planètes, y compris la Terre, n’a d’orbite parfaitement circulaire. De plus, les trajectoires des planètes ne se situent pas exactement sur le même plan.
Par rapport à Mercure (dont l’orbite, au sein de notre famille planétaire, est la plus ovoïde et la plus inclinée), les chemins des quatre planètes extérieures planètes géantes — Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune — présentent des écarts mineurs par rapport aux orbites idéales. Pourtant, il est difficile d’expliquer ces divergences insignifiantes, a déclaré Renu Malhotraplanétologue à l’Université de l’Arizona à Tucson et co-auteur de la nouvelle étude.
« Le casse-tête de l’astrophysique théorique a longtemps été de comprendre comment les orbites se sont ensuite déformées et se sont inclinées par rapport à leur plan moyen ni trop ni trop peu », a-t-elle écrit dans un e-mail à Live Science. Alors que des recherches antérieures se sont concentrées sur la manière dont les interactions entre ces planètes ont remodelé leurs orbites, Malhotra a déclaré que « ces hypothèses ne sont pas cohérentes avec certains détails importants des orbites observées ».
Un visiteur interstellaire
Pour résoudre ce casse-tête, Malhotra et ses collègues ont envisagé un scénario moins étudié : un objet de la taille d’une étoile en visite aurait modifié la trajectoire de ces planètes il y a environ 4 milliards d’années.
À l’aide de modèles informatiques des quatre planètes extérieures, l’équipe a réalisé 50 000 simulations de tels survols, chacun sur 20 millions d’années, tout en modifiant certains paramètres de chaque visiteur, notamment sa masse, sa vitesse et sa distance par rapport au soleil. Les chercheurs ont également élargi leurs recherches par rapport aux études précédentes en considérant des objets beaucoup plus petits que les étoiles – aussi minuscules, en fait, que Jupiter. Ils ont également examiné des situations de passages très rapprochés, en se concentrant sur des scénarios dans lesquels l’intrus se trouvait à moins de 20 unités astronomiques (UA) du soleil. (Une UA équivaut à environ 93 millions de miles, ou 150 millions de kilomètres, soit à peu près la distance moyenne entre la Terre et le soleil.)
Bien que la plupart des simulations aient créé des conditions très différentes de celles du système solaire actuel, les chercheurs ont constaté que dans environ 1 % des simulations, le passage du visiteur modifiait les orbites des planètes géantes pour les ramener approximativement à leur état actuel. Les intrus dans ces matchs rapprochés ont plongé directement dans le système solaire, voyageant bien au-delà de l’orbite d’Uranus, certains frôlant même le chemin de Mercure. Et ils étaient relativement petits, allant de deux à 50 fois la masse de Jupiter.
« Cette gamme comprend les masses planétaires jusqu’aux masses des naines brunes », a déclaré Malhotra. (Naines brunessouvent appelés « étoiles ratées », sont d’étranges corps célestes qui sont plus lourds que les planètes mais pas aussi massifs que les étoiles.)
Étant donné que de nombreuses simulations très similaires présentaient un objet semblable à une planète traversant le système solaire interne, les chercheurs ont créé 10 000 simulations supplémentaires, incluant également les planètes telluriques. Dans ces cas également, les survols qui avaient précédemment modifié les orbites des planètes géantes jusqu’à leurs états actuels ont recréé l’apparence actuelle du système solaire.
La simulation qui a produit les résultats les plus réalistes impliquait un objet huit fois plus massif que Jupiter se rapprochant à 1,69 UA du soleil. Cela ne la place que légèrement plus loin que l’orbite actuelle de Mars, à 1,5 UA du soleil.
Les simulations montrent qu’un seul survol d’un objet substellaire a suffi à modifier les trajectoires des planètes géantes. Étant donné que les observations suggèrent que les corps substellaires sont assez nombreux dans le cosmos, les visites de tels objets pourraient être plus courantes que survols d’étoiles.
L’étude, qui n’a pas encore été évaluée par des pairs, a été publié dans la base de données de préimpression arXiv en décembre.