La région du ciel qu'occupe la géante rouge L2 Puppis au sein de la constellation méridionale de la Poupe. Cette zone particulièrement peuplée de la Voie Lactée est constituée de nuages d'hydrogène rougeoyants ainsi que de quelques nuages de poussière baptisés globules cométaires. Cette image a été constituée à partir des données du Digitized Sky Survey 2. © ESO, Digitized Sky Survey 2

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La Terre survivra-t-elle à la mort du Soleil ?

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Comment finira la Terre lorsque le Soleil deviendra une géante rouge ? Personne ne le sait vraiment. Cependant, ce qui semble être une exoplanète en orbite autour de l'étoile L2 Puppis pourrait nous donner des éléments de réponse.

Rien ne semble éternel dans l'univers, si ce n'est, peut-être, certaines des lois les plus fondamentales, à savoir celles de la relativité générale et celles de la mécanique quantique. Mais pour le reste, rien n'est établi avec certitude... Les protons pourraient se désintégrer, la vitesse de la lumière, la constante de la gravitation et celle de structure fine varient peut-être dans le temps et bien d'autres paramètres de la physique pourraient ne pas être aussi immuables qu'ils le semblent. Notre destin, et donc aussi la signification de notre existence, sont liés à la nature et au destin du cosmos lui-même. C'est pourquoi nous aimerions bien savoir à quoi ressemblera l'univers observable dans 3.000 milliards d'années et, bien avant cela, le Système solaire.

Notre Soleil devrait devenir une géante rouge dans 5 à 7 milliards d'années avant de se refroidir très lentement sous forme de naine blanche (il ne deviendra jamais un trou noir). Il va se mettre à gonfler tout en perdant de la masse sous forme de vents de matière, ce qui devrait modifier les tailles des orbites des planètes et conduire Mercure et Vénus à se faire engloutir dans les couches supérieures de l'atmosphère solaire. Pour la Terre, l'incertitude demeure. Elle sera de toute façon devenue déjà inhabitable dans un milliard d'années à cause de l'ébullition de ses océans, du fait de la très lente augmentation de la luminosité du Soleil.

Une plongée dans la Voie lactée en direction de L2 Puppis puis son disque de poussières de gaz vue par Alma. © ESO (European Southern Observatory)

L2 Puppis, la sœur du Soleil en train de mourir

Pour essayer de mieux comprendre et prédire l'effet sur Terre de la transformation du Soleil en une géante rouge, les astophysiciens étudient l'étoile évoluée L2 Puppis (L2 Pup) à l'aide du radiotélescope géant Alma, comme ils l'expliquent dans un article déposé sur arXiv. C'est une géante rouge située à environ 208 années-lumière du Système solaire.

Alma a permis de bien mesurer la vitesse du gaz et des poussières dans le disque entourant L2 Pup, ce qui, via la formulation exacte d'une des lois de Kepler dans la cadre de la mécanique de Newton, permet d'estimer la masse de l'étoile. Elle est évaluée, précisément, à 0,66 ± 0,04 masse solaire. Or, la théorie de la structure et de l'évolution stellaire indique qu'elle devait peser initialement presque autant que le Soleil, auquel elle ressemblait beaucoup. Elle a donc perdu environ un tiers de sa masse, ce qui permet de déduire qu'elle est âgée de 10 milliards d'années. L'observer revient donc à voir en direct à quoi devrait ressembler notre étoile et son cortège planétaire quand elle sera devenue une géante rouge.

Image composite de L2 Pup en lumière visible (par l'instrument VLT/Sphere, couleurs bleutées) et image Alma dans le continuum (teintes orangées). L'étoile centrale a été soustraite de l'image Alma pour mieux montrer le compagnon. La taille apparente de l'étoile centrale est représentée à l'échelle. Le disque blanc dans le coin inférieur gauche représente la résolution de l'image. © P. Kervella et al. (CNRS, U. de Chile, Observatoire de Paris, Lesia, ESO, Alma

Or, à environ 300 millions de kilomètres de L2 Pup se trouve un autre corps céleste dont les chercheurs viennent aussi d'en préciser la masse. Il pourrait être une exoplanète à moins qu'il ne s'agisse d'une petite naine brune. Quoi qu'il en soit, ce n'est pas une autre étoile comme on le pensait initialement. Elle est en effet assez lumineuse, bien que cent fois moins que L2 Pup, ce que les astrophysiciens expliquent maintenant par le fait qu'elle accréterait une partie de la matière éjectée par l'étoile. Sa position, en effet, coïncide avec un long et très fin panache de poussières.

S'il s'agit d'une planète, son observation sera pour nous comme une boule de cristal. En précisant sa nature, son histoire, sa masse, ses migrations éventuelles provoquées par la modification du champ de gravité de l'étoile (du fait de sa perte de masse) et ses frottements avec la matière du disque où elle se trouve, on arrivera peut-être à déterminer si oui ou non la Terre va être avalée par le Soleil mourant...

Vue schématique de la géométrie de l’orbite de la planète candidate dans le disque de L2 Pup. © P. Kervella et al. (CNRS, U. de Chile, Observatoire de Paris, Lesia, ESO, Alma)
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L'apocalypse dans 7,6 milliards d'années ?

Article de Laurent Sacco publié le 28/02/2008

Robert Smith et Klaus-Peter Schroeder, deux astrophysiciens, reviennent sur leurs calculs de 2002 démontrant à l'époque que la Terre pourrait échapper à l'engloutissement par le Soleil, quand il deviendra une géante rouge. Le nouveau pronostic est pessimiste.

On affirme souvent que la mort de la Terre est programmée pour dans 5 milliards d'années environ, mais c'est un vieux chiffre qui a été recalculé depuis quelque temps à la lumière des progrès en théorie de l'évolution stellaire.

En fait, notre Soleil ne devrait devenir une géante rouge que dans 7,6 milliards d'années. En plus de grossir, il passera alors par une série d'instabilités qui lui feront perdre de la masse sous forme de vents solaires violents et sporadiques.

En 2002, deux astrophysiciens de l'Université de Sussex ont réalisé que la perte de masse du Soleil allait modifier son champ de gravitation et donc la taille des orbites des planètes du système solaire. Dans ce schéma, la Terre devrait s'éloigner du Soleil. Cela serait-il suffisant pour éviter que les couches supérieures de l'atmosphère du Soleil ne finissent par rejoindre l'orbite terrestre et n'enveloppe donc notre planète ?

À l'époque, les deux chercheurs avaient répondu par l'affirmative, moyennant quand même quelques incertitudes sur la perte réelle de masse du Soleil à cette période de son évolution, au-delà de la séquence principale.

Les tailles comparées du Soleil avant son stade géante rouge et pendant. Crédit : Eric Feigelson

Smith et Schroeder viennent de revenir sur leurs analyses : ils avaient oublié un détail crucial ! Certes, l'orbite de la Terre pourrait devenir plus large et ainsi permettre à celle-ci de survivre à l'enfer, quand bien même ses océans n'échapperaient pas à la vaporisation et probablement aussi à l'évaporation complète, laissant la planète sans eau. Mais les vents solaires de cette époque augmenteront suffisamment la densité des espaces interplanétaires pour que la Terre subisse un effet de friction non négligeable, conduisant, à l'inverse, à une diminution du rayon de son orbite.

La conjonction des deux phénomènes, diminution de la taille du Soleil, et donc de la force d'attraction de celui-ci, et augmentation forte du frottement de la Terre avec le vent solaire ne permettront donc pas au final à celle-ci d'échapper à son destin, qui devrait aboutir à l'évaporation complète ou partielle des roches.

La vie sur Terre est-elle donc condamnée dans quelques milliards d’années ?

Pas forcément ! Notre étoile ne deviendra une géante rouge que lorsqu'une partie de son carburant nucléaire présent dans son cœur (l'hydrogène) sera épuisé. Mais il en restera beaucoup à l'intérieur du Soleil.

On pourrait imaginer dans quelques millions d'années que notre civilisation sera suffisamment avancée pour construire une machine de Von Neumann et exploiter en quelques générations le minerai lunaire, ou dans la ceinture d'astéroïdes, pour construire un anneau solaire autour de la Terre. L'énergie électrique produite pourrait servir à alimenter une batterie de super canons laser dirigés en direction du Soleil. Pénétrant dans les couches profondes, les faisceaux pourraient réalimenter son cœur en hydrogène frais. La technique est certes dangereuse. Comment réagirait le Soleil ? Y aurait-il un risque d'éruptions solaires létales ?

Une autre stratégie, exposée par Hubert Reeves dans un de ses livres, serait d'utiliser l'eau des océans de la Terre pour alimenter des réacteurs à fusion contrôlée et des moteurs à plasma pour lentement déplacer la Terre de son orbite. Selon ses calculs, une baisse de seulement 100 mètres des océans de la planète au cours de quelques milliers d'années de fonctionnement de « petits moteurs » serait suffisante.

A moins que la clé des étoiles ne nous soit donnée dans beaucoup moins de temps, et sans requérir des quantités d'énergie aussi faramineuses que les précédentes, il semble peu probable que l'humanité puisse quitter le système solaire, sauf peut-être un petit groupe de pionniers à bord d'arches interstellaires. En attendant, pas de panique, on a au moins un milliard d'années pour résoudre le problème... La première condition à remplir étant de survivre au XXIe siècle.