Les étoiles sont fixées gravitationnellement à leurs galaxies et se déplacent de concert avec leur environnement. Mais parfois, quelque chose brise le lien. Si une étoile s’approche trop près d’un trou noir supermassif, par exemple, le trou noir peut l’expulser dans l’espace sous la forme d’une étoile voyou.
Qu’arriverait-il à la Terre si l’un de ces intrus stellaires s’approchait trop près ?
Ce n’est pas très probable, mais la probabilité n’est pas nulle.
Après plusieurs milliards d’années, notre système solaire a évolué vers une prévisibilité sédentaire. Les planètes bougent à mesure qu’elles bougent, et le soleil reste immobile au milieu de tout cela.
Mais si une autre étoile s’approchait trop près, les liens gravitationnels invisibles qui maintiennent tout en marche seraient étirés ou rompus. La Terre est une petite planète, contenant seulement environ trois millionièmes de la masse du Soleil. Notre planète existe au gré des caprices du soleil et de sa puissante gravité, et si une autre étoile se fraye un chemin dans notre arrangement ordonné, la Terre sera entièrement à la merci du nouveau paradigme gravitationnel.
Un nouvel article examine ce qui se passerait si une étoile voyou s’approchait à moins de 100 ua du soleil. Le titre du journal est « Trajectoires futures du système solaire : simulations dynamiques de rencontres stellaires dans un délai de 100 ua.. » Il apparaît sur le serveur de pré-impression arXiv et sera publié dans Avis mensuels de la Royal Astronomical Society. L’auteur principal est Sean Raymond, astronome au Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux, CNRS (Centre National de la Recherche Scientifique) et à l’Université de Bordeaux.
Nous savons que la prévisibilité stable de notre système solaire ne durera pas. Le soleil continuera d’évoluer et, au cours du prochain milliard d’années, deviendra plus lumineux. La Terre est terriblement proche du bord intérieur de la zone habitable. Seulement un peu plus près du soleil, l’équilibre délicat qui permet à l’eau liquide de persister à la surface sera perturbé.
Dans cette même période d’un milliard d’années, il y a environ 1 % de chances de rencontrer une étoile voyou. Qu’arrivera-t-il à la Terre si cela se produit ? La Terre sera-t-elle poussée hors de la zone habitable ?
« Il reste environ un milliard d’années de conditions de surface habitables sur Terre », écrivent les auteurs. C’est dans un système fermé, ce qui est en grande partie notre système solaire. « Bien que l’évolution orbitale des planètes soit largement déterminée par des perturbations séculaires et résonantes », expliquent les auteurs, « le passage des étoiles peut avoir une influence conséquente sur les orbites des planètes ».
Si une étoile qui passe se rapproche, notre système solaire n’est plus un système fermé.
La plupart des étoiles voyous, également appelées étoiles intergalactiques ou étoiles à hypervitesse parce que leurs trajectoires les feront sortir de la Voie lactée, ne s’approchent pas de la Terre. Kappa Cassiopeiae, par exemple, se trouve à 4 000 années-lumière et ne s’en approchera jamais. D’autres, comme les 675 étoiles voyous découvertes par les astronomes de l’Université Vanderbilt en 2012, ont été éjectées après avoir heurté le trou noir supermassif de la Voie lactée, et leurs trajectoires ne les ont amenées nulle part près de la Terre.
Même dans la Voie lactée, l’espace est en grande partie vide et la plupart des survols stellaires ne s’approcheront jamais d’un autre système solaire. « Statistiquement parlant, les survols à moins de 100 ua, qui affecteraient fortement les orbites des planètes, n’ont lieu qu’environ une fois tous les 100 Gyr dans le voisinage galactique actuel », expliquent les chercheurs.
Même si les chances sont faibles, c’est une possibilité. Lorsque vous regardez la galaxie dans son ensemble, il est presque certain qu’un survol stellaire quelque part dans la galaxie se produira à moins de 100 ua d’une autre étoile. Si cette étoile est notre soleil, qu’arrivera-t-il à la Terre ?
L’équipe a effectué des simulations à N corps pour tenter de déterminer les résultats potentiels pour la Terre. Ils ont commencé avec les huit planètes du système solaire et ont ajouté une seule étoile voyou. Ils ont comparé les masses des étoiles voyous simulées avec les masses des étoiles de notre voisinage stellaire. Ils ont également adapté la vitesse des étoiles voyou au quartier. Ils ont simulé différentes vitesses et trajectoires de l’étoile pour voir à quoi ressemble l’éventail des résultats pour la Terre. Au total, les chercheurs ont effectué 12 000 simulations.
« Si une étoile passe à moins de 100 ua du soleil, il y a encore de très fortes chances que les huit planètes du système solaire survivent », écrivent les auteurs. Il y a plus de 95 % de chances qu’aucune planète ne soit perdue.
Le déficit de moment cinétique (AMD) résultant du survol détermine en grande partie ce qui se passe ensuite. La DMLA est une mesure de l’excitation orbitale d’un système planétaire et de sa stabilité à long terme. C’est la différence entre un « système idéalisé avec les mêmes planètes du système réel en orbite autour des mêmes demi-grands axes de l’étoile sur des orbites circulaires et planaires et la norme du moment cinétique du système planétaire réel », selon cette définition.
Mais à quoi cela ressemble-t-il lorsqu’une des planètes de notre système solaire disparaît ?
La simulation a produit des résultats divers. Mercure est la plus vulnérable et se perd parfois lorsqu’elle entre en collision avec le soleil. D’autres résultats incluent la collision de la Terre avec Vénus, l’éjection des géantes de glace Uranus et Neptune, la survie de la Terre et de Jupiter, ou la survie de Jupiter. Dans un résultat apocalyptique, les huit planètes sont éjectées.
D’autres résultats sont moins dramatiques. Les huit planètes ne sont pas perturbées, toutes les huit sont légèrement perturbées ou toutes les huit sont fortement perturbées.
Bien que les huit planètes survivent dans la plupart des simulations, la survie peut signifier différentes choses. Même s’ils restent dans le système solaire et restent liés gravitationnellement au soleil, leurs orbites peuvent être fortement perturbées. Certains peuvent même être poussés loin dans le nuage d’Oort.
Les chercheurs ont également répertorié les dix conséquences les plus probables de la destruction des planètes. « Nous avons déterminé les voies les plus courantes par lesquelles des planètes peuvent être perdues, en gardant à l’esprit qu’il existe une probabilité supérieure ou égale à 95 % qu’aucune planète ne soit perdue si une étoile passe à moins de 100 ua », écrivent-ils.
En ce qui concerne les planètes éjectées, Uranus et Neptune font face aux pires probabilités. Ce n’est pas surprenant puisqu’ils sont les plus éloignés du soleil et les plus faiblement liés à lui gravitationnellement. Il n’est pas non plus surprenant que Mercure ait le plus grand risque d’entrer en collision avec le soleil. En tant que planète la moins massive, elle est confrontée à un plus grand risque de perturbation due à un survol stellaire.
En ce qui concerne la Terre, il existe une grande variété de résultats potentiels. Dans la liste ci-dessus, la Terre a 0,48 % de chances d’entrer en collision avec une autre planète. Mais un autre destin potentiel attend la Terre, et il n’est pas agréable à envisager : le bannissement dans le Nuage d’Oort.
« La survie à long terme de la Terre dans le nuage d’Oort n’est pas garantie », ont déclaré les auteurs, impassibles.
Un autre résultat exotique des simulations mérite d’être pris en compte : la capture de la Terre par l’étoile qui passe. Cette simulation présentait une étoile légèrement moins massive que le soleil et se déplaçant à une vitesse relativement faible, se rapprochant de plus près de notre système solaire. Le résultat fut un anéantissement dévastateur du système solaire tel que nous le connaissons. La Terre a abandonné le soleil et s’est enfuie avec l’étoile, tandis que six des autres planètes se sont écrasées contre le soleil. La seule planète survivante était Jupiter. Ce n’est pas une surprise puisque c’est la planète la plus massive.
Le document présente un large éventail de résultats, y compris l’impact de la Lune sur la Terre, la Terre et la Lune capturées par l’étoile qui passe, et même la destruction de toutes les planètes et de leurs lunes. Mais les chances que cela se produise sont extrêmement faibles.
Mais quelle est la probabilité que la Terre reste habitable dans une telle rencontre ? Si l’orbite de la Terre est modifiée, la planète sera alors plus chaude ou plus froide.
Il existe encore d’autres destins potentiels. La Terre pourrait survivre en tant que planète voyou pendant environ un million d’années jusqu’à ce que sa surface gèle. Ou peut-être que s’il était capturé par l’étoile voyou, il serait d’une manière ou d’une autre habitable dans un nouvel arrangement.
En fin de compte, les chances d’un survol stellaire de 100 au sont infinitésimales. Et les simulations montrent que si cela se produisait, le résultat le plus probable serait que les huit planètes survivent, bien que sur des orbites légèrement différentes de celles qu’elles suivent actuellement.
« Malgré la diversité des voies évolutives potentielles, il y a de fortes chances que la situation actuelle de notre système solaire ne change pas », concluent les auteurs.
Plus d’information:
Sean N. Raymond et al, Trajectoires futures du système solaire : simulations dynamiques de rencontres stellaires dans un rayon de 100 ua, arXiv (2023). DOI : 10.48550/arxiv.2311.12171