Illustration des planètes en orbite autour du système Trappist-1 © ESO, M. Kornmesser
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Les planètes du système Trappist-1 se sont formées vite et ont subi peu d'impacts

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Le système planétaire de Trappist-1 continue de fasciner les chercheurs qui ont observé un étrange ballet. De nouveaux éléments qui éclairent notre compréhension de la formation des planètes de Trappist-1. 

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[EN VIDÉO] Les planètes de Trappist-1, des mondes étonnants et peut-être riches en eau  Autour de cette minuscule étoile gravitent sept planètes de la taille de la Terre. Toutes sont différentes, plusieurs se trouvent dans la zone habitable et pourraient être riches en eau. Le système planétaire de Trappist-1 est aujourd’hui un merveilleux site d’observation pour étudier des atmosphères et des effets de serre dans des conditions variées. 

La petite étoile Trappist-1, à 40 années-lumière de nous, possède un système planétaire fascinant : 7 planètes de type terrestre dont 3 ont des insolations comprises entre celles de Vénus et de Mars. Les périodes orbitales sont très courtes, de 1,5 jour pour la planète b, la plus interne, à 19 jours pour la h, la plus externe qui est malgré tout six fois plus proche de son étoile que Mercure de notre Soleil. Ce système très compact, dont la masse et le rayon des planètes ont pu être estimés à quelques %, se livre à un ballet étonnant. Pendant le temps que met la planète h à accomplir 2 orbites, la g en fait exactement 3, la f 4, la e 6, la d 9, la c 15 et la b 24 ! Les orbites sont en résonance les unes avec les autres.

Dans le système solaire, les 4 lunes principales de Jupiter sont également sur des orbites résonantes. L'existence de ces résonances s'explique par la formation des planètes (ou des lunes dans le cas de Jupiter) au sein d'un disque de gaz. Quand les étoiles se forment, elles sont entourées d'un disque de gaz et de poussière où se forment les planètes, par collisions entre corps solides, petits au début et qui grossissent au cours du temps.

Les interactions entre les planètes en formation et le disque qui les abritent produisent une migration des orbites. Durant leur migration, les orbites peuvent alors se trouver en résonance, et rester verrouillées ainsi tout en continuant de migrer. Ainsi, pendant cette phase de disque qui dure au maximum quelques millions d'années, la migration des planètes peut produire une chaîne de résonances dont un cas extrême est le système Trappist-1.

Vue d'artiste d'un bombardement tardif sur la jeune Terre. © Christ Butler/SPL

Des planètes peu impactées depuis leur formation

Des scientifiques ont montré que cette chaîne de résonances est très fragile dès lors que le disque de gaz n'est plus là pour la stabiliser : des impacts par ses astéroïdes ou des comètes peuvent briser l'harmonie de cet ensemble. L'étude conduite par Sean Raymond, du Laboratoire d'astrophysique de Bordeaux, et de son équipe a été publiée dans un article de Nature Astronomy.

Si nous observons aujourd'hui cette chaîne de résonance, c'est qu'aucune des planètes n'a subi d'impacts trop violents depuis la dissipation du disque. Pour quantifier la masse d'impacteurs qui ont pu percuter les planètes sans détruire la résonance, les auteurs de l'étude ont réalisé de nombreuses simulations numériques dans lesquelles le système est exposé à des collisions avec des populations de corps de masses et d'origines variables.

Cette masse maximale d'impacteurs ainsi déterminée varie d'une planète à l'autre : pour les planètes externes, elle correspond à environ 1 % de la masse des planètes mais cette valeur tombe à 0,02 % pour la planète la plus interne. Les planètes avaient donc atteint leur masse finale quand le disque protoplanétaire a disparu. Cela diffère fortement du cas terrestre -- La Terre n'a atteint sa masse finale que bien après la dissipation du disque protoplanétaire. 

Vue d'artiste du système Trappist-1 comparé au système solaire. La surface de chaque planète Trappist-1 est basée sur des scénarios physiques possibles. La zone verte correspond à la « zone habitable » d'eau liquide. © Nasa/JPL-Caltech

En effet, la formation de la Lune, due à une collision entre la proto-terre et une planète d'environ 10 % sa masse, s'est produite après 100 millions d'années d'évolution et on estime la masse reçue par la Terre après cet impact géant n'a pas dépassé 0,5% de sa masse.

On peut en conclure que la formation des planètes de Trappist-1 a été 10 à 20 fois plus rapide que celle des planètes telluriques du système solaire et que l'histoire collisionnelle tardive est mieux contrainte pour les planètes de Trappist-1 que pour notre propre Terre alors que l'on peut accéder à sa composition élémentaire et isotopique détaillée et que l'on peut compter (et parfois dater) les cratères lunaires.

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