Un programme télévisé à succès comme «Antiques Roadshow» attire les téléspectateurs avec son attrait universel. Qui ne voudrait pas trouver des richesses secrètes dans son grenier ou son sous-sol? Mais les peintures rares et les bijoux d'héritage ne sont pas les seuls objets de valeur à découvrir. Des trésors cosmiques se cachent également dans le vaste domaine de l'espace. Parmi les trésors les plus prisés figurent les planètes qui se sont formées autour d'autres étoiles.
Les astronomes viennent de gagner un indice important pour guider leur chasse aux mondes extrasolaires. Et cet indice pointe vers les endroits les plus improbables - notre propre arrière-cour.
«Il est possible que certains des objets de notre système solaire se soient réellement formés autour d'une autre étoile», explique l'astronome Scott Kenyon (Smithsonian Astrophysical Observatory).
Comment ces mondes adoptés ont-ils rejoint notre famille solaire? Ils sont arrivés par un commerce interstellaire qui a eu lieu il y a plus de 4 milliards d'années lorsqu'une étoile capricieuse a effleuré notre système solaire. Selon les calculs effectués par Kenyon et l'astronome Benjamin Bromley (Université de l'Utah) et publiés dans Nature le 2 décembre 2004, la gravité du Soleil a arraché des objets de la taille d'un astéroïde à l'étoile visitante. En même temps, l'étoile a tiré du matériel des confins extérieurs de notre système solaire à sa portée.
«Il n'y a peut-être pas eu un échange égal, mais il y a certainement eu un échange», dit Bromley.
Une brosse étroite
Kenyon et Bromley sont parvenus à cette conclusion surprenante en travaillant à expliquer l'objet mystère Sedna, un monde presque aussi grand que Pluton mais situé beaucoup plus loin du Soleil. La découverte de Sedna en 2003 a intrigué les astronomes en raison de son orbite inhabituelle - un ovale de 10 000 ans dont l'approche la plus proche du Soleil, 70 unités astronomiques, est bien au-delà de l'orbite de Neptune. (Une unité astronomique, en abrégé A.U., est la distance moyenne entre la Terre et le Soleil, soit environ 93 millions de milles.)
Comprendre Sedna est un défi car son orbite est loin de l'influence gravitationnelle des autres planètes de notre système solaire. Cependant, la gravité d'une étoile qui passe peut tirer des objets au-delà de l'orbite de Neptune, dans la ceinture de Kuiper, sur des orbites comme celles de Sedna. Kenyon et Bromley ont effectué des simulations informatiques détaillées pour montrer comment ce survol stellaire a probablement eu lieu.
Le survol doit avoir satisfait à deux exigences clés. Tout d’abord, l’étoile doit être restée suffisamment loin pour ne pas perturber l’orbite presque circulaire de Neptune. Deuxièmement, la rencontre doit avoir eu lieu assez tard dans l'histoire de notre système solaire pour que des objets semblables à Sedna aient eu le temps de se former dans la ceinture de Kuiper.
Kenyon et Bromley suggèrent que la quasi-collision s'est produite lorsque notre Soleil avait au moins 30 millions d'années, et probablement pas plus de 200 millions d'années. Une distance de vol de 150 à 200 A.U. serait suffisamment proche pour perturber la ceinture extérieure de Kuiper sans affecter les planètes intérieures.
Selon les simulations, la gravité de l'étoile qui passait balayerait le système solaire extérieur au-delà d'environ 50 A.U., même si la gravité de notre Soleil attirait certains des planétoïdes extraterrestres à sa portée. Le modèle explique à la fois l'orbite de Sedna et le bord extérieur pointu observé de notre ceinture de Kuiper, où peu d'objets résident au-delà de 50 A.U.
«Un survol rapproché d'une autre étoile résout deux mystères à la fois. Cela explique à la fois l'orbite de Sedna et le bord extérieur de la ceinture de Kuiper », explique Bromley.
Un lieu de naissance bondé
Mais d'où vient une telle étoile et où est-elle allée? Depuis le survol, il y a plus de 4 milliards d'années, tous les suspects ont depuis longtemps fui le quartier du Soleil. Il n'y a aucun moyen pratique de trouver le coupable aujourd'hui.
L’origine du visiteur peut sembler tout aussi mystifiante car le Soleil vit actuellement dans une région clairsemée de la Voie lactée. Notre voisin le plus proche est éloigné de 4 années-lumière, et les rencontres rapprochées stellaires sont également rares. Cependant, une quasi-collision serait beaucoup plus probable pour un jeune Soleil s'il était né dans un amas d'étoiles dense, comme le suggèrent des preuves récentes.
«Nous pensons que 90% de toutes les étoiles se forment en grappes de quelques centaines à quelques milliers de membres», explique l'astronome Charles Lada (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics). "Plus la grappe est dense, plus il y a de chances de rencontrer des étoiles membres."
"Ce travail est une preuve importante que le Soleil s'est formé à proximité des autres étoiles", ajoute-t-il.
À la recherche de mondes adoptés
Les simulations de Kenyon et Bromley indiquent que des milliers voire des millions d’objets de ceinture Kuiper extraterrestres ont été dépouillés de l’étoile qui passait. Cependant, aucun n'a encore été identifié positivement. Sedna est probablement cultivée sur place, pas capturée. Parmi les objets connus de la ceinture de Kuiper, une roche glacée surnommée 2000 CR105 est le meilleur candidat pour la capture compte tenu de son orbite inhabituellement elliptique et très inclinée. Mais seule la détection d'objets dont les orbites sont inclinées de plus de 40 degrés par rapport au plan du système solaire permettra de conclure à la présence de planètes extrasolaires dans notre arrière-cour.
Le prochain objectif de Kenyon et Bromley est d'estimer la densité du ciel des objets capturés afin qu'ils puissent faire une enquête pour trouver de tels mondes adoptés.
«En principe, les grands télescopes comme le MMT Telescope [un observatoire conjoint Smithsonian / University of Arizona] peuvent les trouver s’ils sont suffisamment nombreux», explique Kenyon.
Les calculs rapportés ici ont été effectués en utilisant environ 3 000 cpu-jours de temps informatique au centre de calcul intensif du Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Californie.
Basé à Cambridge, dans le Massachusetts, le Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) est une collaboration conjointe entre le Smithsonian Astrophysical Observatory et le Harvard College Observatory. Les scientifiques du CfA, organisés en six divisions de recherche, étudient l'origine, l'évolution et le destin ultime de l'univers.
Source d'origine: communiqué de presse de Harvard CfA
