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Notre système solaire se désintégrera plus tôt que nous ne le pensions

Bien que le sol sous nos pieds soit solide et rassurant (la plupart du temps), rien dans cet Univers ne dure éternellement.

Un jour, notre soleil mourra, éjectant une grande partie de sa masse avant que son noyau ne se rétrécisse en une naine blanche, laissant progressivement échapper de la chaleur jusqu’à ce qu’il ne s’agisse plus qu’un morceau de roche froide, sombre et morte, mille mille milliards d’années plus tard.

Mais le reste du système solaire aura disparu depuis longtemps. Selon de nouvelles simulations, il ne faudra que 100 milliards d’années à toutes les planètes restantes pour traverser la galaxie, laissant le soleil mourant loin derrière.

Les astronomes et les physiciens tentent de comprendre le sort ultime du système solaire depuis au moins des centaines d’années.

« Comprendre la stabilité dynamique à long terme du système solaire constitue l’une des plus anciennes activités d’astrophysique, remontant à Newton lui-même, qui a émis l’hypothèse que les interactions mutuelles entre les planètes finiraient par rendre le système instable », a écrit les astronomes Jon Zink de l’Université de Californie, Los Angeles, Konstantin Batygin de Caltech et Fred Adams de l’Université du Michigan dans leur nouvel article.

Mais c’est beaucoup plus délicat qu’il n’y paraît. Plus le nombre de corps impliqués dans un système dynamique, interagissant les uns avec les autres, est grand, plus ce système se complique et plus il est difficile à prévoir. C’est ce qu’on appelle le problème du N-corps.

En raison de cette complexité, il est impossible de faire des prédictions déterministes des orbites des objets du système solaire au-delà de certaines échelles de temps. Au-delà d’environ cinq à 10 millions d’années, la certitude passe par la fenêtre.

Mais, si nous pouvons comprendre ce qui va arriver à notre système solaire, cela nous dira quelque chose sur la façon dont l’Univers pourrait évoluer, sur des échelles de temps bien plus longues que son âge actuel de 13,8 milliards d’années.

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En 1999, les astronomes ont prédit que le système solaire s’effondrerait lentement sur une période d’au moins un milliard de milliards – soit 10 ^ 18, ou un quintillion – d’années. C’est le temps qu’il faudrait, ont-ils calculé, pour que les résonances orbitales de Jupiter et de Saturne découplent Uranus.

Selon l’équipe de Zink, cependant, ce calcul a laissé de côté certaines influences importantes qui pourraient perturber le système solaire plus tôt.

Premièrement, il y a le soleil.

Dans environ 5 milliards d’années, à mesure qu’il mourra, le Soleil se transformera en une géante rouge, engloutissant Mercure, Vénus et la Terre. Ensuite, il éjectera près de la moitié de sa masse, emportée dans l’espace par des vents stellaires; la naine blanche restante ne représentera qu’environ 54% de la masse solaire actuelle.

Cette perte de masse relâchera l’emprise gravitationnelle du soleil sur les planètes restantes, Mars et les géants de gaz et de glace extérieurs, Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune.

Deuxièmement, lorsque le système solaire tourne autour du centre galactique, d’autres étoiles devraient se rapprocher suffisamment pour perturber les orbites des planètes, environ une fois tous les 23 millions d’années.

« En tenant compte de la perte de masse stellaire et de l’inflation des orbites des planètes extérieures, ces rencontres deviendront plus influentes », ont écrit les chercheurs.

« Avec suffisamment de temps, certains de ces survols se rapprochent suffisamment pour dissocier – ou déstabiliser – les planètes restantes. »

Avec ces influences supplémentaires prises en compte dans leurs calculs, l’équipe a exécuté 10 simulations à N corps pour les planètes extérieures (en excluant Mars pour économiser sur les coûts de calcul, car son influence devrait être négligeable), en utilisant le puissant cluster Shared Hoffman2. Ces simulations ont été divisées en deux phases: jusqu’à la fin de la perte de masse du Soleil et la phase qui suit.

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Bien que 10 simulations ne constituent pas un échantillon statistique solide, l’équipe a constaté qu’un scénario similaire se jouait à chaque fois.

Une fois que le Soleil a terminé son évolution en naine blanche, les planètes extérieures ont une orbite plus grande, mais restent relativement stables. Jupiter et Saturne, cependant, sont capturés dans une résonance stable 5: 2 – pour chaque cinq fois que Jupiter orbite autour du Soleil, Saturne orbite deux fois (cette résonance éventuelle a été proposée à plusieurs reprises, notamment par Isaac Newton lui-même).

Ces orbites élargies, ainsi que les caractéristiques de la résonance planétaire, rendent le système plus sensible aux perturbations dues au passage des étoiles.

Après 30 milliards d’années, de telles perturbations stellaires jettent ces orbites stables en orbites chaotiques, entraînant une perte rapide de planète. Toutes les planètes sauf une échappent à leurs orbites, s’enfuyant dans la galaxie en tant que planètes voyous.

Cette dernière planète solitaire reste encore 50 milliards d’années, mais son destin est scellé. Finalement, elle aussi est assommée par l’influence gravitationnelle des étoiles qui passent. En fin de compte, 100 milliards d’années après que le Soleil se soit transformé en naine blanche, le système solaire n’existe plus.

C’est un délai beaucoup plus court que celui proposé en 1999. Et, les chercheurs notent attentivement, cela dépend des observations actuelles de l’environnement galactique local et des estimations de survol stellaire, qui peuvent toutes deux changer. Ce n’est donc en aucun cas gravé dans la pierre.

Même si les estimations de la chronologie de la disparition du système solaire changent, cependant, il reste encore plusieurs milliards d’années. La probabilité que l’humanité survive assez longtemps pour la voir est mince.

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Dors bien!

La recherche a été publiée dans Le journal astronomique.

Cet article a été initialement publié par ScienceAlerte. Lire l’article original ici.

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