Avant que des planètes ne se forment autour du Soleil, celui-ci était entouré d’anneaux.
De la même manière que la matière orbitant autour de Saturne est aplatie par les forces centrifuges en un disque serré et net, le phénomène existait autour du Soleil dans les premiers jours du système solaire. L’évolution de ces anneaux et de leur composition explique comment la Terre s'est développée à partir de ces derniers, pour finalement atteindre la taille qu’on lui connaît - et non celle d’une "super-Terre".
Les super-terres sont des mondes terrestres rocheux sensiblement plus grands que notre propre Terre, la plus grande planète rocheuse de notre système solaire. Elles représentent environ 30% des exoplanètes rocheuses que nous avons découvertes jusqu'à présent.
Selon une nouvelle étude publiée dans la revue Nature Astronomy, nous avons évité d’en devenir une grâce à des "bosses de pression" présentes dans ces premiers anneaux solaires.
Une équipe internationale composée de chercheurs des universités de Rice (Texas, Etats-Unis) et de Bordeaux, du Southwest Research Institute de Boulder (Colorado, Etats-Unis) et de l'Institut Max Planck (Heidelberg, Allemagne), a effectué des centaines de simulations sur superordinateur pour recréer la formation du système solaire.
Ils ont découvert que trois bandes de haute pression dans le disque d'accrétion solaire initial peuvent expliquer celle-ci, de la composition de la ceinture d'astéroïdes entre Mars et Jupiter à la formation de la ceinture de Kuiper au-delà de Neptune. En passant par les orbites quasi circulaires des quatre planètes intérieures, leur composition et leurs différentes tailles.
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"Notre modèle montre que les bosses de pression peuvent concentrer la poussière, et que celles en mouvement agissent comme des usines à planétésimaux [des petits corps solides engendrant des planètes]", a déclaré André Izidoro, astrophysicien de l'université Rice, qui a dirigé l'étude. "Nous simulons la formation de planètes en commençant par des grains de poussière et en couvrant de nombreuses étapes différentes, des petits grains millimétriques aux planétésimaux, puis aux planètes".
Cette photo d'un disque en formation autour d'une exoplanète fait honte à Saturne.
"Les bosses de pression ont produit des réservoirs déconnectés de matière dans le système solaire interne et externe et ont régulé la quantité de matière disponible pour réguler la croissance des planètes dans le système solaire interne".
Si le disque avait été uniforme, ou "lisse", dans sa composition, alors le système solaire aurait présenté une composition bien différente de celle que nous voyons aujourd'hui.
"Dans un disque lisse, toutes les particules solides - grains de poussière ou blocs - devraient être attirées vers l'intérieur très rapidement et se perdre dans l'étoile", avance Andrea Isella, professeur associé de physique et d'astronomie à l’université Rice et coauteur de l'étude. "Il faut un élément pour les arrêter afin de leur laisser le temps de se transformer en planètes".
Au niveau de ces bosses de pression, le gaz est plus dense et les particules de gaz se déplacent plus rapidement. Ce qui contribue à ralentir la dérive de matériaux solides plus lourds comme la poussière et les roches, puis à les accumuler pour soutenir la formation des planètes.
D’après les chercheurs, la clé de ce processus est la formation rapide du second anneau central du disque solaire. Lorsqu'ils ont effectué des simulations autour des premiers anneaux, nos scientifiques ont observé un amas plus important de matière solide pénétrant dans le système solaire interne. Cela a conduit à la formation de super-terres, mais le second anneau à formation rapide a conduit au développement d’un système solaire ressemblant beaucoup au nôtre.
"Au moment où la bosse de pression s'est formée dans divers cas, beaucoup de masse avait déjà envahi le système interne et était disponible pour concevoir des super-Terres", explique Izidoro. "Donc le moment où cette bosse de pression moyenne s'est formée pourrait être un aspect clé du système solaire".
Mieux cerner la formation du système solaire nous aidera à trouver de la vie extraterrestre, si elle existe
Les super-terres ne ressemblent pas nécessairement à la Terre, elles sont simplement plus grandes, car les mathématiques et la physique de l'univers tendent à ce que les corps rocheux plus grands possèdent une gravité nettement plus importante à mesure que leur rayon augmente.
Si la Terre était dix fois plus grande - en supposant que sa densité égale la nôtre - sa gravité s’avérerait également dix fois importante.
Ainsi, si vous pesiez 100 kg sur Terre, vous pèseriez 1 000 kg sur la super-Terre, et nos muscles et squelettes devraient être beaucoup, beaucoup plus solides pour supporter ce poids supplémentaire. Cela reviendrait à faire passer toute la masse d'un taureau adulte dans le corps d'un être humain.
Inutile de dire que cela changerait radicalement le mode de développement de la vie sur Terre, si tant est qu'elle puisse se développer. L'augmentation de la gravité a en outre des conséquences importantes sur la possibilité de développer un champ magnétique protecteur. Sans ce champ, les rayons UV auraient tué la plupart des formes de vie sur la planète et les vents solaires auraient emporté une grande partie de notre atmosphère (ce que nous soupçonnons être arrivé à Mars).
Identifier les conditions qui permettront à la vie de se former telle que nous la connaissons nous aidera donc à déterminer quelles exoplanètes sont les plus susceptibles d'abriter la vie. Et compte tenu des ressources limitées dont nous disposons pour cette recherche, plus nous pourrons réduire la liste des planètes candidates, plus nous aurons de chances d’y parvenir.
