Jupiter aurait été frappée par une planète avec une masse 10 fois plus grosse que celle de la Terre il y a des milliards d'années

Vue d'artiste d'une collision entre la jeune Jupiter et une protoplanète massive encore en formation dans le système solaire primitif. Illustration by K. Suda & Y. Akimoto/Mabuchi Design Office, courtesy of Astrobiology Center, Japan

Quand Jupiter était jeune, il y a environ 4,5 milliards d'années, une protoplanète qui faisait 10 fois la masse de la Terre s'est écrasée sur sa surface. L'impact a ébranlé Jupiter jusqu'à son cœur, littéralement. C'est ce qui ressort d'une nouvelle étude réalisée par des astronomes de l'Université Rice et de l'Université Sun Yat-sen de Chine, qui a été publiée la semaine dernière dans la revue Nature.

Selon les chercheurs, cette ancienne collision expliquerait pourquoi le noyau de Jupiter est moins dense et plus diffus que ce que les scientifiques imaginaient. Le vaisseau spatial de la NASA en orbite autour de Jupiter, Juno, recueille des informations sur la structure interne et la composition de la plus grande planète de notre Système solaire depuis son arrivée en juillet 2016. Il y a deux ans, la sonde a renvoyé des données gravitationnelles bizarres.

Vue d'artiste de la sonde Juno en orbite autour de Jupiter. NASA

Les scientifiques s'attendaient à ce que les éléments lourds soient concentrés au centre de Jupiter, laissant une "enveloppe" extérieure d'hydrogène léger et d'hélium autour de la partie la plus dense du noyau. Mais au lieu de cela, les données recueillies par Juno ont montré que les éléments lourds sont diffus dans tout le centre de Jupiter, dans une zone allant jusqu'à la moitié du rayon de la planète.

Andrea Isella, astronome de l'université de Rice et co-auteur de l'étude, a déclaré dans un communiqué de presse que "cela est troublant. Ça suggère qu'il s'est passé quelque chose qui a remué le noyau, et c'est là que l'impact géant entre en jeu."

Shang-Fei Liu, qui a travaillé comme chercheur postdoctoral dans l'équipe d'Andrea Isella, a été le premier à suggérer qu'une collision précoce pourrait être responsable de l'état du noyau de Jupiter. "Ça m'a paru très improbable", a dit Andrea Isella. "Comme une probabilité d'une sur mille milliards. Mais Shang-Fei Liu m'a convaincu, par simple calcul, que ce n'était pas si improbable que ça."

Shang-Fei Liu est maintenant membre du corps professoral de l'Université Sun Yat-sen et l'auteur principal de la nouvelle étude.

L'histoire violente de notre Système solaire

L'histoire des débuts de notre Système solaire comporte plein de collisions géantes. La Lune s'est formée après la collision d'un énorme corps avec la Terre il y a 4,5 milliards d'années, et ses cratères sont les cicatrices d'un bombardement d'astéroïdes datant d'un milliard d'années. Les scientifiques pensent que les inclinaisons significatives des axes de rotation de Saturne, Uranus et Neptune pourraient également indiquer que les planètes ont subi des collisions massives il y a longtemps.

Uranus est incliné sur son axe de 98 degrés. Les scientifiques pensent que cela pourrait être le résultat d'une collision précoce. NASA/ESA/A. Simon (GSFC)/M.H. Wong et A. Hsu (UC Berkeley) ; Business Insider

Pour étudier le passé de Jupiter, l'équipe de Shang-Fei Liu a calculé les probabilités de différents scénarios de collision sous différents angles et a effectué des milliers de simulations informatiques. L'équipe a découvert que l'énorme masse et l'attraction gravitationnelle de la jeune Jupiter influençaient fortement les "embryons" des planètes voisines — des corps faits de poussière et de débris qui se réunissent lentement. Dans tous les scénarios analysés par l'équipe, il y avait au moins 40% de chances que Jupiter ait absorbé une autre planète dans ses premiers millions d'années, ont conclu les scientifiques.

"Le seul scénario qui a abouti à un profil de densité centrale similaire à celui que Juno mesure aujourd'hui est un impact frontal avec un embryon planétaire environ 10 fois plus massif que la Terre", a dit Shang-Fei Liu. Le noyau de cette planète aurait alors fusionné avec le noyau de Jupiter.

"Parce qu'il est dense et qu'il contient beaucoup d'énergie, l'impacteur serait comme une balle qui traverse l'atmosphère et frappe de plein fouet le noyau", a dit Andrea Isella. "Avant l'impact, vous avez un noyau très dense, entouré d'atmosphère. L'impact frontal étale les choses, diluant le noyau."

L'effet d'un impact majeur sur le noyau de la jeune Jupiter, tel que calculé par des scientifiques des universités Rice et Sun Yat-sen. Illustration par Shang-Fei Liu/Sun Yat-sen University

Les effets de la collision sur Jupiter se font encore sentir aujourd'hui

Le noyau dilué de Jupiter est probablement encore en train de se remettre de cette ancienne collision. "Il faudra peut-être encore des milliards et des milliards d'années pour que le matériau lourd se dépose de nouveau dans un noyau dense dans les circonstances suggérées par l'étude", a estimé Andrea Isella.

Les informations concernant ces collisions planétaires pourraient également aider les scientifiques à étudier les systèmes stellaires au-delà du nôtre.

Ce concept d'artiste illustre comment une collision massive d'objets, peut-être aussi importante que la planète Pluton, aurait pu créer l'anneau de poussière autour de l'étoile voisine Vega au cours des derniers millions d'années. NASA/JPL-Caltech

Andrea Isella fait partie de l'équipe de chercheurs CLEVER Planets de la NASA, qui étudie l'origine des éléments essentiels à la vie sur les jeunes planètes rocheuses. Ce projet a permis d'observer des poussées de lumière infrarouge dans des systèmes stellaires éloignés, a ajouté Andrea Isella. 

"Quand certaines personnes cherchent des planètes autour d'étoiles lointaines, elles voient parfois des émissions infrarouges qui disparaissent après quelques années", a dit le chercheur.

Une explication, dit-il, pourrait être que ces observations montrent des collisions violentes et frontales comme celle de Jupiter. Si deux planètes rocheuses se heurtent et se brisent, cela pourrait produire un nuage de poussière qui réfléchit la lumière de l'étoile voisine. Pour les télescopes d'astronomes, il s'agirait d'un éclair brillant mais fugace, puisque la lumière réfléchie disparaîtrait à mesure que les particules de poussière dans le nuage s'éloigneraient.

Heureusement pour nous, notre Système solaire s'est installé dans les 4,5 milliards d'années qui ont suivi la grande collision de Jupiter.

Version originale : Morgan McFall-Johnsen/Business Insider

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