Aujourd'hui, le système solaire semble comme « coupé » en deux, entre les orbites de Mars et de Jupiter. En analysant des météorites, des scientifiques estiment que ce « fossé » existait déjà il y a 4,567 milliards d'années, quand le système se formait.

Il y a 4,567 milliards d’années, le système solaire était probablement déjà divisé en deux entre ses régions interne et externe. Des scientifiques rapportent l’existence de ce « fossé » au début de l’histoire de notre système solaire, dans une étude publiée dans Science Advances le 15 octobre 2021, relayée par le Massachusetts Institute of Technology.

Alors que le système solaire n’en était qu’à ses débuts, le Soleil n’était pas encore entouré des planètes telles qu’on les connait aujourd’hui. Un disque protoplanétaire, constitué de gaz et de poussière, était en orbite autour de l’étoile. C’est à partir de cette structure que les planètes et autres corps du système solaire ont pu se former. En observant d’autres systèmes protoplanétaires, on peut en apprendre davantage sur la manière dont ils peuvent évoluer. Or, « les observations du Grand réseau d’antennes millimétrique/submillimétrique de l’Atacama ont montré que les sous-structures, principalement sous forme d’anneaux et de creux, sont répandues dans les disques protoplanétaires », soulignent les chercheurs.

La nouvelle étude suggère qu’un écart de ce genre existait déjà dans le disque de notre propre système solaire, à peu près à l’endroit où se trouve désormais la ceinture principale d’astéroïdes, entre les orbites de Mars et Jupiter.

Vue d’artiste d’un disque protoplanétaire. // Source : National Science Foundation, A. Khan (image recadrée)

D’où vient ce creux dans le système solaire ?

L’origine du « fossé » actuellement présent dans le système solaire reste mal comprise. Elle parait cependant importante pour mieux cerner la composition des planètes du système solaire — avec d’un côté des planètes telluriques, et de l’autre des planètes géantes gazeuses ou géantes de glace. Deux scénarios sont évoqués :

  • Au fur et à mesure que la géante gazeuse Jupiter se formait, son attraction gravitationnelle aurait pu déplacer du gaz et de la poussière, créant un creux dans le disque protoplanétaire.
  • Lorsque le système était en formation, de puissants vents (produits par l’interaction entre le disque de gaz et de poussière, et de forts champs magnétiques) auraient émergé de la surface du disque. Les vents auraient pu souffler la matière et créer ce « fossé ».

Météorites et « dichotomie isotopique »

Pour parvenir à leur conclusion, les auteurs de l’étude ont procédé à une nouvelle analyse de météorites anciennes. L’étude de ces morceaux de roches spatiales, qui ont atteint la surface terrestre, a permis de constater qu’il était possible de les séparer en deux groupes, avec deux combinaisons isotopiques. Les scientifiques ont même parlé de « dichotomie isotopique » pour désigner ce phénomène, du fait que la composition isotopique des météorites semble différer selon leur provenance dans le système solaire. Il a été envisagé que cette dichotomie soit le résultat d’un « fossé » déjà existant dans le système solaire encore jeune.

« Les études isotopiques des météorites et de leurs composants ont été interprétées comme la preuve que deux régions isotopiquement distinctes existaient à environ 7 unités astronomiques du Soleil  », écrivent les auteurs. Ils distinguent un groupe de météorites carbonées (supposées s’être formées loin du Soleil) et non carbonées (s’étant formées plus près de l’étoile).

Les scientifiques ont ici entrepris d’analyser des météorites en recherchant des traces de l’influence d’anciens champs magnétiques qui existaient lorsque le système solaire s’est formé. Ils ont étudié en particulier les chondres, de minuscules corps présents dans les météorites. Ils ont ainsi découvert une forte intensité du champ magnétique dans les chondres qui se seraient formés plus loin du Soleil (météorites carbonées) que dans celles qui se seraient formées plus près (non carbonées). Sur cette base, les scientifiques déduisent que la partie la plus externe du système solaire a dû accumuler plus de masse. Le taux d’accrétion (la quantité de gaz et de poussière attirée) n’est pas le même pour les deux groupes.

Pour les scientifiques, la présence d’un « fossé » expliquerait cet écart dans les taux d’accrétion. Ce creux aurait contribué à limiter la quantité de matière voyageant depuis les régions externes vers le Soleil. Et le « fossé » aurait directement affecté la composition des planètes à venir.

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