Le Soleil sera probablement sans planètes dans « seulement » 100 milliards d'années

Si pour James Bond les diamants sont éternels, les systèmes planétaires eux en tout cas ne le sont pas. Pour mieux comprendre comment évoluera le Système solaire à très long terme, une équipe de trois chercheurs - Jon K. Zink, Konstantin Batygin et Fred C. Adams - a réalisé des simulations à N corps des planètes géantes du Système solaire. Leurs résultats viennent d'être publiés dans The Astronomical Journal.

Le Soleil s'est formé il y a 4,5 milliards d'années et il lui reste à peu près autant de temps à passer sur la « séquence principale », à transformer tranquillement son hydrogène en héliumhélium avant de voir sa taille enfler significativement. En devenant une géante rouge, le Soleil engloutira tour à tour MercureMercure, VénusVénus et possiblement la Terre, mais les planètes externes - Mars et les quatre géantes que sont JupiterJupiter, SaturneSaturne, UranusUranus et NeptuneNeptune - devraient mieux s'en sortir et continuer de tourner autour de notre étoileétoile... pour quelque temps tout du moins.

Une dynamique difficile à modéliser

Cela fait des siècles que les astronomesastronomes étudient la stabilité dynamique à long terme du Système solaire. NewtonNewton déjà, à son époque, émettait l'hypothèse que les interactions entre les planètes finiraient par rendre le système instable. Cependant, il est plus difficile qu'il n'y paraît de connaître précisément comment les choses vont se passer. En effet, plus le nombre de corps en interaction est grand, plus il est difficile de prévoir son évolution. On parle de problème à N corps. Pour cette raison, il n'est pas possible de faire des prédictions déterministes des orbitesorbites des objets du Système solaire à des échelles supérieures à quelques dizaines de millions d'années. Pour des échelles plus grandes, il est cependant possible de regarder statistiquement comment les choses évoluent en réalisant plusieurs simulations à N corps.

Vue d'artiste d'une planète autour d'une étoile géante rouge. © Lev, Adobe Stock

En 1999, des astronomes avaient prédit que le Système solaire prendrait au moins un milliard de milliards (10¹⁸) d'années avant de se désintégrer. C'est la duréedurée nécessaire, d'après leurs calculs, pour que les résonancesrésonances orbitalesorbitales de Jupiter et de Saturne découplent Uranus.

Cependant, pour Zink et ses collègues, ce calcul n'incluait pas certaines influences pourtant importantes qui pourraient perturber le Système solaire plus tôt.

Un Soleil sans planètes dans « seulement » 100 milliards d'années

Après sa phase de géante rougegéante rouge, le Soleil deviendra une naine blanchenaine blanche, un corps de la taille de la Terre et d'environ 54 % de la massemasse actuelle du Soleil. Cette naine blanche refroidira ensuite lentement pour devenir, après de nombreux milliards d'années, une naine noire. Cependant, le Système solaire aura radicalement changé d'apparence avant ça...

Si, de prime abord, cette masse réduite du Soleil n'aura pour effet que d'élargir l'orbite des planètes survivantes en conservant leurs rapports orbitaux, cela conduira Jupiter et Saturne à entrer en résonance : pendant que Jupiter fera cinq fois le tour du Soleil, Saturne en fera deux. Cette résonance est stable, mais elle rendra le système plus sensible aux perturbations produites par le passage rapproché d'étoiles voisines.

Pour voir l'effet de ces rencontres stellaires, Zink, Batygin et Adams ont réalisé 10 simulations à N corps pour les planètes géantes (sans Mars, pour réduire les coûts de calcul, car son influence devrait être négligeable). Bien que 10 simulations représentent un faible échantillon, les chercheurs ont pu constater qu'un scénario similaire se jouait à chaque fois.

Vue d'artiste de la naine blanche WD J0914+1914 et de sa planète de type Neptune. © ESO, M. Kornmesser

À l'échelle de 30 milliards d'années, ces rencontres stellaires devraient déclencher une instabilité à grande échelle qui conduira, dans les 10 milliards d'années suivantes, à l'éjection de toutes les planètes sauf une. Après environ 50 milliards d'années supplémentaires, une rencontre stellaire rapprochée finira par libérer la dernière planète. Ainsi, le Soleil devrait perdre l'ensemble de ses planètes à l'échelle de 100 milliards d'années. Cette durée est bien plus longue que l'âge actuel de l'UniversUnivers, mais bien moindre que ce qui avait été estimé auparavant.

Les chercheurs précisent tout de même que ces résultats dépendent des observations actuelles de l'environnement galactique local et des estimations de survolssurvols stellaires, qui peuvent toutes deux changer. Ce résultat n'est donc pas gravé dans le marbremarbre.