Des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT, États-Unis) ont repéré, dans un système planétaire, une exoplanète qui a dû connaître un impact géant il y a relativement peu de temps. © MoVille, Adobe Stock
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Un impact géant a soufflé l'atmosphère de cette jeune exoplanète

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Dans sa jeunesse, notre Système solaire a été le siège d'impacts géants qui ont façonné son image. Notre Système solaire, et très vraisemblablement aussi les autres systèmes planétaires de la Voie lactée. Mais pareil événement n'a jamais encore pu être observé. Des chercheurs annoncent en revanche aujourd'hui avoir débusqué la preuve qu'il s'est produit.

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Dans les systèmes planétaires naissants, il n'est pas rare que des corps entrent en collision. Les astronomes pensent par exemple que notre Lune a vu le jour, il y a environ 4 milliards d'années environ, suite à une collision de notre Terre avec une protoplanète de la taille de Mars baptisée Théia. Mais aujourd'hui, des chercheurs annoncent avoir trouvé, dans un système planétaire autre que le nôtre, des preuves d'un tel impact. Ils vont même un peu plus loin en affirmant que cet impact a, en quelque sorte, « dépouillé » l'exoplanète de son atmosphère.

L'impact en question s'est produit à seulement 95 années-lumière de notre Système solaire. Autour d'une étoile nommée HD 172555. Une étoile âgée d'à peine 23 millions d'années. La collision se serait produite il y a quelque 200.000 ans, entre une planète de la taille de notre Terre et un impacteur plus petit, se déplaçant à pas moins de 36.000 kilomètres par heure.

HD 172555 avait attiré l'attention des astronomes à cause de la composition inhabituelle du disque de poussière qui l'entoure. Un disque étonnamment riche en minéraux et comportant des grains bien plus fins que les autres disques circumstellaires que les chercheurs ont l'habitude d'étudier. Alors les astronomes du Massachusetts Institute of Technology (MIT, États-Unis) ont creusé dans les données de l'Atacama Large Millimeter Array (Alma, Chili). À la recherche de signes de monoxyde de carbone (CO) -- parce que c'est le plus brillant des gaz -- autour de cette drôle d'étoile.

C’est à l’aide de l’Atacama Large Millimeter Array (Alma, Chili) que des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT, États-Unis) ont mesuré les teneurs en monoxyde de carbone (CO) autour de l’étoile HD 172555. © Chr. Offenberg, Adobe Stock

Une collision trahie par du monoxyde de carbone

Les chercheurs ont d'abord confirmé la présence de CO autour de HD 172555. Ils ont ensuite mesuré son abondance. Elle n'est pas moins de 20 % du monoxyde de carbone présent dans l'atmosphère de Vénus. C'est beaucoup. Et ils ont aussi noté que ce gaz se trouvait étonnamment près de l'étoile. À l'équivalent de seulement 10 fois la distance entre notre Terre et le Soleil. Étonnamment, car le CO est vulnérable à la photodissociation. Les photons ont la fâcheuse tendance à le décomposer. Il ne devrait donc pas apparaître en telles quantités à des distances aussi rapprochées.

Les chercheurs ont alors envisagé plusieurs scénarios. Que le CO provienne des débris d'une étoile nouvellement formée. Ou d'une ceinture d'astéroïdes glacés rapprochée. Ou encore de comètes issues d'une ceinture d’astéroïdes plus lointaine. Mais les données ne correspondaient pas.

La seule possibilité qui reste, estiment les astronomes, est que ce monoxyde de carbone ait été produit par un impact géant qui aurait arraché à une exoplanète de type terrestre, une partie au moins de son atmosphère. Dans un passé suffisamment proche pour que l'étoile n'ait pas eu le temps de détruire ensuite le gaz. Et entre deux corps suffisamment massifs pour produire pareille quantité de gaz.

Ainsi, les chercheurs concluent que la détection de CO autour d'une étoile pourrait devenir l'une des caractéristiques pour trouver les systèmes planétaires dans lesquels se sont produits des impacts géants. Une manière de finalement mieux comprendre comment les débris se comportent après coup.

Pour en savoir plus

Spitzer détecte les éjectas de lave d'une collision de planètes

Avant de débuter la phase chaude de sa mission, Spitzer avait enregistré un spectre étrange provenant de matière en orbite autour d'une très jeune étoile, HD 172555. Un groupe d'astrophysiciens vient d'en déduire qu'il s'agissait des roches vaporisées et de lambeaux de lave laissés par une collision récente entre deux petites planètes.

Article de Laurent Sacco paru le 14/08/2009

Une vue d'artiste de la collision entre les deux planètes orbitant autour de HD 172555. Crédit : NASA/JPL-Caltech

Spitzer occupe décidemment le devant de la scène en ce moment, en particulier suite à une publication faite par un groupe d'astrophysiciens dirigé par Carey M. Lisse. Alors que l'on connaissait déjà depuis des années des traces laissées par des collisions d'astéroïdes récentes (moins de quelques millions d'années) dans des disques planétaires, c'est la première fois que des restes similaires mais provenant d'objets célestes beaucoup plus gros ont été détectés.

En effet, dans leur publication, les chercheurs estiment que ce qu'ils observent autour de HD 172555, une étoile âgée de 12 millions d'années et située à 100 années-lumière environ, correspond à la matière provenant d'une collision titanesque entre un corps d'au moins la taille de la Lune et un autre de la taille de Mercure.

Sous le choc, le noyau de la plus petite a du s'enfoncer dans les entrailles de la plus grande et la chaleur dégagée par l'impact a fait fondre de grandes quantités de roches dont probablement une bonne partie du corps principal laissé par la collision. La chaleur et l'énergie libérées par cette dernière, qui s'est probablement produite à une vitesse de 10 km/s, ont même vaporisé une partie de la matière de deux corps et éjecter des lambeaux de matières en fusion pour former ce que l'on connaît sur Terre sous le nom de tectites (ce sont des fragments de roches fondues et expulsées en dehors d'un cratère lors de l'impact d'une météorite).

Cliquez pour agrandir. Dans l'infrarouge, la présence d'obsidienne (rouge), de tectites(orange) et de SiO(jaune) est bien visible vers une longueur d'onde de 10 microns. Crédit : NASA/JPL-Caltech/JHUAPL.

Toutes ces conclusions sont, comment souvent en astrophysique, tirées de l'analyse du spectre de la lumière émise par de la matière. En l'occurrence, les observations dans l'infrarouge faites avec les instruments de Spitzer montrent de la vapeur de SiO et des silicates solides, mais amorphes, très semblables à l'obsidienne terrestre et bien sûr aux tectites.

Si l'on trouve bien des traces de cailloux et de poussières en abondance comme dans le cas des restes de collisions d'astéroïdes déjà détectés par Spitzer, la présence de la vapeur de silicate et des lambeaux de roches fondues non seulement ne peut s'expliquer que par une collision rapide, violente et entre deux corps de grandes tailles mais n'avait jamais été observée auparavant dans d'autres disques de systèmes planétaires en formations.

Pour les planétologues et les astrophysiciens cherchant à comprendre la formation du système solaire c'est une découverte importante car l'on sait que les collisions de ce genre ne devaient pas être rares au début de l'histoire de celui-ci. Notre Lune elle-même proviendrait d'une collision similaire entre la proto-Terre et un corps céleste de la taille de Mars baptisé Théia. Vénus possédent une rotation inverse de celle des autres planètes du système solaire et Uranus une forte inclinaison de son axe (presque 90°) probablement en raison là aussi d'un choc primitif avec une petite planète.

Peut-être y a-t-il actuellement une lune en formation autour de la planète principale. Les prochaines générations de télescopes devraient nous en apprendre plus.

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