Certaines caractéristiques des orbites des géantes gazeuses, Jupiter et Saturne, et des géantes glacées, Uranus et Neptune, ne s'expliquent pas bien dans le cadre du scénario standard de la formation du Système solaire. Une solution à ces énigmes est tout bonnement incroyable, car elle suppose le passage d'une exoplanète géante, voire d'une naine brune, à travers le Système solaire il y a 4 milliards d'années environ.


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    Avec des instruments comme Hubble, le James-Webb et maintenant Euclid, la noosphère a entrepris de sonder les stratesstrates de lumière du cosmoscosmos observable pour connaître son passé, utilisant également de la lumière fossilefossile du Big BangBig Bang, comme on l'a vu avec la mission Planck.

    Plus proche de nous et dans un passé moins lointain, d'autres strates et fossiles sont étudiés dans la Voie lactée et dans le Système solaire. La mission Gaia se concentre en effet sur la détermination de la position, de la vitesse et de la composition chimique d'un très grand nombre d'étoiles dans notre GalaxieGalaxie. Ces valeurs mesurées permettent de faire de l'archéologie cosmique en remontant des distributions stellaires observées aux interactions gravitationnelles passées entre la Voie lactée et des galaxies nainesgalaxies naines, dont certaines ne s'en sont pas seulement approchées en provoquant des « vaguesvagues » dans le fluide autogravitant d'étoiles de la Voie lactée, mais ont été démantelées par les forces de maréeforces de marée de la Galaxie, parfois même avalées.

    Des plans orbitaux problématiques

    Il se trouve que notre Système solaire possède des fossiles analogues, quand on s'intéresse de près aux mouvementsmouvements des planètes et des petits corps célestes. Renu Malhotra, planétologue à l'Université d'Arizona, à Tucson, a récemment déposé avec des collègues sur arXiv, un article dans lequel il est avancé qu'un objet huit fois plus massif que JupiterJupiter aurait pu tourner autour du SoleilSoleil, se rapprochant de l'orbiteorbite actuelle de Mars avant d'injecter les quatre planètes géantesplanètes géantes externes du Système solaire sur des trajectoires différentes, il y a environ 4 milliards d'années.

    Pour comprendre vraiment de quoi il s'agit, il faut rappeler quelques éléments généraux de la cosmogonie du Système solaire.


    Bennu's Journey est un film d'animation de six minutes sur la mission Osiris-REx de la Nasa, l'astéroïde Bennu et la formation de notre Système solaire. Bennu's Journey montre ce qui est connu et ce qui reste mystérieux sur l'évolution de Bennu et des planètes. En récupérant un échantillon de Bennu, Osiris-REx nous en apprendra davantage sur les matières premières du Système solaire et sur nos propres origines. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Nasa Goddard

    Il y a un peu plus de 4,5 milliards d'années, un nuagenuage de gazgaz et de poussière turbulent s'est retrouvé, probablement sous l'action compressive de l'onde de choc de l'explosion en supernovasupernova d'une étoile massive, dans des conditions de densité et de température qui ont conduit une partie de ce nuage à s'effondrer sous la forme d'une nébuleusenébuleuse proto-solaire quasi sphérique en rotation. Cette rotation a conduit à l'existence d'une force centrifugeforce centrifuge perpendiculaire à l'axe de rotation s'opposant à l'effondrementeffondrement gravitationnel.

    Au final, il s'est donc formé un disque en rotation perpendiculairement avec une proto-étoileproto-étoile centrale dans lequel les planètes et autres petits corps célestes, comme CérèsCérès ou PlutonPluton, vont naître. Ce modèle, proposé une première fois par Kant et Laplace, explique donc pourquoi les planètes sont quasiment dans un même plan orbital et tournent dans le même sens autour du Soleil.

    Enfin presque, car le diable est dans les détails. La théorie prévoit que les planètes principales devraient être toutes vraiment dans un même plan, ou pour le moins avec des écarts d'inclinaison encore plus faibles que ceux que l'on mesure, et aussi selon des orbites presque parfaitement circulaires.


    Les astronomes ont utilisé les télescopes de l'ESO pour détecter au moins 70 planètes errantes de masse comparable à celle de Jupiter dans notre Voie lactée, le plus grand groupe détecté à ce jour. Apprenez-en davantage sur ces insaisissables nomades cosmiques dans cette vidéo qui résume la découverte ! Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc, en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © ESO

    50 000 simulations avec des exoplanètes errantes

    On sait en science que parfois de tout petits détails suffisent à modifier plus ou moins fortement une théorie. Ainsi, en mécanique quantiquemécanique quantique, une petite différence, dans ce que l'on appelle le moment magnétique du muon prédit et observé, pourrait signaler l’existence d’une nouvelle physique.

    Malhotra et ses collègues ont alors entrepris d'effectuer un grand nombre de simulations, en regardant ce qui se passerait quelques centaines de millions d'années après la naissance du Système solaire si des corps célestes allant de 2 à 50 fois la massemasse de Jupiter, typiquement ce que l'on peut trouver pour des exoplanètes ou des naines brunes nomades de la Voie lactée, se rapprochaient à différentes distances, et selon différentes orbites hyperboliques, de l'intérieur du Système solaire.

    Environ 50 000 simulations de tels survolssurvols, chacun sur 20 millions d'années, ont été réalisées avec des passages très rapprochés, à moins de 20 unités astronomiquesunités astronomiques (UA) du Soleil. La simulation - qui a produit les résultats les plus réalistes pour reproduire la structure actuelle des orbites des géantes du Système solaire - impliquait un objet huit fois plus massif que Jupiter qui se serait approché à 1,69 UA du Soleil (pour mémoire, le rayon moyen de l'orbite actuelle de Mars est de 1,5 UA ).