Le Grand Tack ou la migration des géantes

La lecture de l’article du magazine Science et Vie m’a enchantée et m’a inspiré cette œuvre qui demeure un hommage bien modeste face au travail remarquable d’Alessandro Morbidelli grâce auquel nous allons découvrir la jeunesse de notre système solaire.

Depuis son Observatoire de Nice, Alessandro Morbidelli nous raconte une histoire de la formation du système solaire radicalement nouvelle.

Le Grand Tack (ou « la Grande Virée de bord ») nouveau modèle tout frais sorti des calculateurs se penche sur la période de l’histoire de notre système solaire qui commence 3,5 millions d’années après la naissance du système solaire.

Au cours de ses recherches en 2009, Alessandro Morbidelli tombe sur une publication, un travail isolé d’un certain Brad Hansen astrophysicien à l’université de Californie. « Il avait eu l’idée de simuler la formation des planètes à partir, non pas d’un disque de poussières et de gaz comme on a l’habitude de le faire, mais d’un étroit anneau de matière. Et il retrouvait pile la bonne taille pour Mars ! » Brad Hansen s’était en fait inspiré d’une étoile à neutrons nommée PSR 1257+12 autour de laquelle s’est formé un anneau de matière. Le chercheur décide alors de parer le soleil d’un anneau de ce type et de faire tourner les modèles de formation de planètes. Et cela a fait tilt !

Alessandro Morbidelli fait le lien avec la migration des planètes géantes sur laquelle il travaille : et si l’anneau d’Hansen avait été modelé par un mouvement de Jupiter vers son étoile ?

Concernant Jupiter et Saturne : « on les posait là où elles sont maintenant » résume Alessandro Morbidelli. Il faut désormais considérer leur position comme une variable. Rapidement un nouveau scénario se dessine dans le calculateur : oui les géantes peuvent migrer et comprimer la matière près du soleil, formant le fameux anneau décrit par Brad Hansen.

Au centre de l’œuvre est représenté le soleil, Jupiter est légèrement en contrebas. Le gaz autour du soleil est représenté en colori ocre et marron, comprimé par les flèches jaunes. Les planètes telluriques à l’intérieur du disque sont en formation. Jupiter se met à interagir par gravitation avec le disque de gaz et de poussières et commence à migrer vers le soleil, Saturne en contrebas à gauche la suit. La migration est symbolisée par les flèches jaunes.

Science et Vie page 60 : alors se passe un étrange phénomène : les orbites des deux géantes se synchronisent et entrent en résonance : Jupiter fait trois tours autour du soleil (petits tirés verts) pendant que Saturne en fait deux. Leur orbite s’en trouve alors brutalement déséquilibrée et elles font toutes les deux demi -tour. Ce demi-tour est symbolisé par les flèches rouges indiquant la migration des planètes vers l’extérieur.

Le modèle dépasse tous les espoirs de ses créateurs. Le scénario du Grand Tack explique le majestueux mouvement de balancier de Jupiter à travers différents réservoirs d’astéroïdes, formant une « salade niçoise » exactement là où se trouve la ceinture d’astéroïdes actuelle.

La « salade niçoise » est symbolisée sur l’oeuvre autour de Jupiter par des flèches jaunes et rouges représentant le « brassage » d’astéroïdes : une partie se trouve éjectée derrière Jupiter et l’autre comprimée en un anneau plus petit, berceau des planètes telluriques.

Mars représentée à gauche se retrouve en bordure externe de cet anneau, une zone pauvre en matière et manquera d’astéroïdes pour grossir. Mercure Vénus et La Terre au milieu de l’anneau continueront d’engloutir goulûment toutes les roches qui passeront à leur portée, et ainsi elles pourront grossir durant des dizaines de millions d’années.

Continuons notre découverte de la ceinture d’astéroïdes (SeV p 66-67) : là nous découvrons des blocs de matière très secs les silicates, et d’autres carbonés riches en glaces d’eau et autres éléments volatils. Or, ces deux types d’astéroïdes n’ont pu naître au même endroit. La formation des silicates nécessite une haute température et donc le voisinage de l’étoile tandis que les éléments volatils eux ne peuvent s’être formés que loin du Soleil, là où les températures sont basses. Les minéralogistes ont analysé la composition des météorites provenant des deux types d’astéroïdes et ont ainsi découvert que toutes les roches de la ceinture d’astéroïdes se sont formées en même temps, 2 millions d’années après la naissance du Soleil, à 100000 ans près précise Marc Chaussidon qui a dirigé l’étude. Grâce au scénario du Grand Tack avec l’aller-retour de Jupiter et de Saturne vers le Soleil 3,5 millions d’années après sa formation, tout s’explique : chemin faisant, les deux géantes ont brassé le système en expulsant de nombreux corps et en en attirant des milliers d’autres. Elles ont finalement laissé derrière elles, une ceinture à la composition hétéroclite : un mélange d’astéroïdes secs, formés près du Soleil et d’autres glacés, nés en périphérie.

Sur l’œuvre de part et d’autre de l’anneau de matière, on aperçoit dans la partie sombre de petites flèches rouges symbolisant le recul des planètes géantes et des astéroïdes plus éloignés du soleil. Complètement en bas de l’œuvre, Jupiter migre vers l’extérieur, suivie par Saturne plus éloignée et représentée en haut à droite. Elles sont suivies par Neptune et Uranus (en haut sur l’œuvre) qui en ce début du système solaire est la plus éloignée du soleil.

Au bout de 5 millions d’années le système se stabilise, mais cette grande migration des planètes géantes a laissé derrière elle un anneau interne où grossissent peu à peu les planètes telluriques avec parmi elles la Terre qui nous abrite. L’histoire sera encore longue avec d’autres chambardements qui arriveront dans 700 millions d’années, mais notre monde gardera à jamais les traces de cette tumultueuse jeunesse.

Ainsi se termine la « plongée » dans nos origines entièrement liées à la formation de notre étoile ainsi qu’à celle des deux géantes Jupiter et Saturne avec l’analyse de leur migration.