Après des milliards d’années d’harmonie, un lointain système stellaire va sombrer dans le chaos

Une équipe d’astronomes a utilisé la modélisation informatique pour révéler le destin chaotique d’un système stellaire lointain dans lequel les planètes orbitent en synchronisation quasi parfaite les unes avec les autres.

Une délicate chorégraphie

Le système stellaire HR 8799 est situé à 135 années-lumière de la Terre, dans la constellation de Pégase. Au cœur du système se trouve une étoile de type A vieille de 30 à 40 millions d’années, autour de laquelle orbitent deux champs de débris et quatre planètes massives, dont chacune fait plus de cinq fois la taille de Jupiter.

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Au cours de millions d’années, l’influence gravitationnelle de l’étoile mère et celle de chacune des planètes ont fait en sorte que les quatre mondes extraterrestres se retrouvent dans un schéma orbital délicatement synchronisé connu sous le nom de résonance, également à l’œuvre au sein du système TOI-178.

Dans HR 8799, lorsque la planète la plus éloignée de l’étoile complète une orbite, la troisième en réalise deux. Ce schéma se poursuit à mesure que l’on se rapproche de l’astre, la seconde planète effectuant quatre orbites et la plus proche huit dans le laps de temps nécessaire à la plus distante pour en effectuer une. En d’autres termes, chaque monde successif accomplit le double des orbites de son voisin extérieur.

Dans le cadre de travaux présentés dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, une équipe de scientifiques de l’université d’Exeter et de l’université de Warwick, au Royaume-Uni, a entrepris de déterminer le sort de ce système inhabituel et de voir quel facteur pourrait perturber son modèle de résonance orbitale distinctif.

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Trois milliards d’années de répit

À cette fin, l’équipe a créé un modèle informatique avancé de HR 8799. La simulation a pris en compte l’influence gravitationnelle des cinq principaux corps du système stellaire ainsi que les forces gravitationnelles externes habituelles qui exercent une influence sur les planètes d’un système stellaire, notamment les marées galactiques et les passages à proximité d’autres corps stellaires.

L’équipe a conclu que la résonance devrait se poursuivre pendant les trois milliards d’années à venir. Les influences externes se révélant rarement assez puissantes pour rompre le ballet orbital des planètes d’un système stellaire, les données ont montré que la résonance prendra certainement fin lorsque l’étoile mère, ayant épuisé sa réserve interne d’hydrogène, commencera à se transformer en géante rouge massive.

Au cours de ce processus, l’étoile rejettera une énorme quantité de matière, modifiant ses caractéristiques gravitationnelles et plongeant le système dans le chaos. À ce stade, les orbites des planètes environnantes commenceront à se déplacer, en réponse aux changements connus par l’étoile et, la résonance étant rompue, aux influences gravitationnelles des mondes voisins.

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Réaction en chaîne

« Elles sont si grandes et si proches les unes des autres que la seule chose qui maintient cette chorégraphie parfaite est la position de leurs orbites », explique Dimitri Veras, auteur principal de l’étude. « Dès que l’étoile commencera à perdre de la masse, deux d’entre elles se déplaceront, provoquant une réaction en chaîne. »

Selon la modélisation informatique, ce processus chaotique aboutira à l’expulsion pure et simple de deux des planètes du système. Les deux autres s’installeront alors sur de nouvelles orbites, gravitant autour de la géante rouge à des distances allant de 1 UA (unité astronomique) à des milliers d’UA.

Les simulations permettent également d’expliquer pourquoi les astronomes ont observé des débris inattendus dans les signatures lumineuses des étoiles naines blanches, qui représentent une évolution ultérieure des géantes rouges. Selon les auteurs de l’étude, le mouvement chaotique des planètes déloge probablement des matériaux des anneaux de débris et les font plonger vers le cœur du système stellaire.

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