Une nouvelle étude réduit la durée de vie prédite du Système solaire d'un milliard de fois

Les chercheurs du California Institute of Technology ont publié de nouvelles simulations suggérant que les planètes externes du Système solaire deviendront dynamiquement instables bien plus tôt que ne l'ont prédit les modèles précédents. L'étude, menée par Konstantin Batygin avec Jim Fuller et Fred C. Adams, a été publiée dans The Astrophysical Journal Letters (volume 1009, article L22) sous le titre "Terminal Instability of the Solar System Triggered by Stochastic Solar Mass Loss."

Ce que l'étude a réellement découvert

L'équipe a exécuté des centaines de simulations informatiques de N-corps suivant les interactions gravitationnelles de Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune alors que le Soleil évolue en géante rouge puis en naine blanche. Selon le résumé de l'article par AAS Nova, environ 40 % des simulations ont montré que les orbites des planètes externes se sont perturbées pendant la phase de géante rouge elle-même, et 90 % ont montré une perturbation dans les 3 milliards d'années suivant la formation de la naine blanche. Globalement, l'article conclut que les planètes externes ne sont guère susceptibles de survivre plus d'environ 1 milliard d'années après que le Soleil devienne une naine blanche.

Pourquoi l'estimation a tellement changé

Les études antérieures de stabilité supposaient que le Soleil perdrait sa masse lentement et graduellement avec l'âge. Sous cette hypothèse, les travaux antérieurs avaient estimé que les planètes externes pourraient rester stables pendant 30 à 100 milliards d'années, ou selon certaines estimations jusqu'à 10^18 années, selon AAS Nova et 404 Media. Le nouvel article modélise la perte de masse du Soleil comme une série de « coups stochastiques » aléatoires et asymétriques, basée sur les vitesses de recul observées des naines blanches qui impliquent que la masse est éjectée de manière inégale plutôt qu'uniforme.

Lorsque cette aléatoire est intégrée dans les simulations, les rapports de période orbitale des planètes géantes dérivent de manière imprévisible au fil du temps, un processus que les auteurs décrivent comme diffusion stochastique. 404 Media rapporte que ce mécanisme cause des croisements orbitaux et du chaos même où les planètes tombent dans des résonances de mouvement moyen — des configurations dans lesquelles les périodes orbitales forment de petits rapports entiers et qui étaient auparavant censées offrir une certaine protection contre l'instabilité. L'article constate que les configurations résonantes se désassemblent légèrement plus souvent que les non-résonantes, pas moins.

Échelle de temps et ce que cela signifie

Malgré la réduction spectaculaire, l'instabilité prédite reste des milliards d'années dans le futur. Le Soleil devrait entrer sa phase de géante rouge environ 5 milliards d'années à partir de maintenant, selon les chronologies standard d'évolution stellaire citées par Euronews, donc la fenêtre d'instabilité nouvellement identifiée se produirait toujours bien au-delà de n'importe quelle échelle de temps humaine. Cette découverte révise la façon dont les astronomes comprennent le destin dynamique à long terme des systèmes planétaires une fois que leur étoile hôte meurt, plutôt que d'indiquer un risque immédiat pour la Terre ou le Système solaire actuel.

La citation se réfère à la spéculation historique d'Isaac Newton selon laquelle les orbites en dérive de Jupiter et de Saturne laissaient entendre que l'ordre planétaire pourrait ne pas être éternel, une idée que les auteurs du nouvel article disent que leurs simulations soutiennent finalement, bien que selon une échelle de temps liée à la mort du Soleil plutôt qu'à la dérive orbitale actuelle.