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Le Système Solaire : une exception dans la Galaxie ?

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Notre Système Solaire serait une exception dans l’Univers si l’on en croit une simulation numérique très détaillée réalisée par un groupe d’astrophysiciens. Si cela se confirmait, malgré l’abondance d’exoplanètes présentes dans la Galaxie, l’apparition d’une vie complexe pourrait bien être une rareté, résolvant du coup le paradoxe de Fermi.

Les géantes gazeuses joueraient un rôle important dans la formation des systèmes planétaires. Crédit : Lynette Cook

Les premières théories solides de la formation du Système Solaire du point de vue de la mécanique céleste furent l’œuvre essentiellement de l’école Russe, autour de Viktor Safronov, et de l’école américaine, autour de Georges Wetherhil.

Ce dernier a en particulier été l’un des pionniers de la simulation numérique pour la formation des planètes et, jusqu’à ce que l’on découvre les premières exoplanètes, les modèles analytiques et numériques, incorporant les données des modèles thermiques et chimiques comme ceux de la nébuleuse protosolaire chaude d’Harold Urey, avaient plutôt tendance à produire des systèmes planétaires ressemblant au nôtre : une bonne nouvelle pour les exobiologistes partisans du programme Seti.

Les choses ont commencé à se compliquer lorsque l’on a découvert les premières exoplanètes.

Ces dernières étaient des Jupiter chauds et, pendant un temps, les planétologues eurent du mal à comprendre comment des géantes gazeuses, dont les modèles « prédisaient » leur formation à basse température et loin du Soleil, avaient bien pu se retrouver aussi près de leur étoile hôte.

Même si la moisson d’exoplanètes a montré que la formation d’un système planétaire était visiblement assez fréquente dans la Galaxie, la perplexité des astrophysiciens n’a fait qu’augmenter lorsque l’on s’est aperçu que non seulement les planètes géantes étaient majoritairement des Jupiter chauds mais aussi que les orbites de ces planètes étaient en général bien plus elliptiques que celles des planètes de notre Système Solaire qui, malgré les lois de Kepler, sont quand même assez proches d’une forme circulaire.

Visiblement, le rôle des forces de frottement causées par les gaz dans les disques protoplanétaires avait été sous-estimé et pas seulement lui probablement. En effet, sous son action, les géantes sont freinées et, spiralant  en direction de leur étoile, finissent même souvent par y être incorporées, quand elles ne sont pas purement et simplement éjectées des systèmes planétaires par les lois des systèmes à N corps interagissant gravitationnellement.

En violation du principe de Copernic, notre système planétaire était-il une exception dans l'Univers ?

Cliquez pour agrandir. Les trois scénarios de formation d'un système planétaire sur une période de 500 millions d'années. Au centre celui conduisant à un système ressemblant au notre. Ce serait l'exception d'après les nouvelles simulations. Crédit : Ed Thommes, University of Guelph, Canada

Pour en avoir le coeur net, des astrophysiciens travaillant avec la grappe (cluster en anglais) d’ordinateurs du groupe d’astrophysique théorique de l’Université de Northwestern ont réalisé plusieurs centaines de simulations à une échelle de calcul encore jamais atteinte pour ce genre de problème cosmogonique.

Frederic A. Rasio, Edward W. Thommes et Soko Matsumura ont introduit non seulement la physique des gaz, bien que d’une manière approchée pour rendre les temps de calcul raisonnables, mais aussi des grains de poussières dans leur modèle informatique et ils ont effectivement découvert que notre système solaire était en réalité une exception, au moins dans ces simulations numériques, qui donnent en général deux grandes classes de systèmes planétaires.

Si le disque contient une quantité importante de gaz, celui-ci force les planètes à se rapprocher de l’étoile centrale à cause des forces de frottement et les interactions gravitationnelles entre les planètes en formations deviennent fortes, de sorte que des phénomènes de résonance importants se produisent entre les orbites qui deviennent vite chaotiques et avec une forme elliptique marquée. C’est le scénario de gauche dans le schéma ci-dessus.

Si le disque contient assez peu de gaz, aucune planète d’une masse supérieure à celle de Neptune ne se forme mais les orbites sont néanmoins, là aussi, assez elliptiques et instables. C’est le scénario de droite sur le même schéma.

Le premier scénario reproduit assez bien les observations avec les exoplanètes mais cela implique donc que les estimations optimistes pour le nombre de civilisations extraterrestres en état de communiquer avec nous par radio dans la Galaxie doit être revu à la baisse. En effet, l’un des termes dans l’équation de Drake donnant la probabilité de formation d’une planète capable de permettre le développement d’une vie complexe, car située à bonne distance de son étoile et sur une orbite circulaire et stable, vient probablement de voir sa valeur chuter dramatiquement.

Une explication au paradoxe de Fermi ? Peut-être, en tout cas de même que les planètes avec un double coucher de Soleil sont probablement la règle et pas l’exception, notre planète doit elle aussi être très singulière dans la galaxie.

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