Le jeune Soleil aurait peut-être avalé une planète géante : voici ce que les modèles suggèrent

Il y a 4,6 milliards d'années, un nuage de gaz et de poussière s'effondre, donnant naissance à une étoile : notre Soleil. Les éléments restants, distribués sous la forme d'un disque protoplanétaire en rotation, vont alors progressivement s'agglomérer pour former des noyaux planétaires, puis des planétésimaux, puis de jeunes planètes. Notre Système solaire est né.

Disque protoplanétaire avec formation d'une étoile en son centre. © NSF, AUI, NSF NRAO, S. Dagnello

Mais que sait-on exactement de ce à quoi il ressemblait à l'origine ? De nombreux modèles suggèrent ainsi que le jeune Système solaire était probablement bien plus chaotique qu'aujourd'hui, avec des collisions et des migrations planétaires susceptibles d'avoir profondément modifié sa configuration initiale. Et puis, il y a la composition du Soleil lui-même.

Un écart entre les modèles et les mesures

Depuis longtemps, les astrophysiciens font en effet face à une énigme : les modèles théoriques du Soleil n'arrivent pas à reproduire parfaitement certaines propriétés mesurées du Soleil réel. La plus importante de ces anomalies concerne la région située juste sous la zone de convection du Soleil.

La zone externe du Soleil est en effet parcourue par des mouvements de convection : le plasma chaud monte, le plasma refroidi redescend. Cette enveloppe convective s'étend jusqu'à environ 0,713 rayon solaire selon les observations héliosismiques. Or, les modèles standards ont tendance à placer sa limite légèrement trop loin du centre, autour de 0,72 rayon solaire selon les hypothèses utilisées. Ils reproduisent également imparfaitement la vitesse du son dans la région située sous cette zone.

Il s'agit d'infimes décalages entre la théorie et la réalité, mais qui sont toutefois significatifs et indiquent que nos modèles sont imparfaits et qu'il nous manque certainement une connaissance ou une donnée qui permette de corriger ce décalage.

Les modèles ne collent pas exactement avec les observations et mesures du Soleil. © Artsiom P, Adobe Stock

Il existe de plus un autre problème : le Soleil contient aujourd'hui beaucoup moins de lithium qu'au moment de sa naissance. On sait que cet élément est facilement détruit lorsqu'il descend dans les régions très chaudes de l'intérieur solaire. Les scientifiques pensent donc qu'un mélange de matière permet au lithium de quitter progressivement les couches externes pour atteindre ces profondeurs. Mais les modèles peinent encore à expliquer précisément comment ce mélange s'effectue.

Une planète engloutie par le Soleil ?

Une nouvelle étude propose cependant une hypothèse susceptible d'apporter une réponse à ces deux problèmes. Et si le Soleil avait englouti une planète au tout début de la formation du Système solaire ? Cet événement aurait ainsi modifié la composition et la structure interne du jeune Soleil, permettant d'expliquer les petits décalages entre les modèles théoriques et les observations.

Pour tester cette hypothèse, une équipe de chercheurs a donc réalisé des simulations numériques, en cherchant à savoir si un tel « engloutissement » pouvait mener aux observations que l'on a aujourd'hui. Et les résultats sont étonnants.

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Les modèles les plus pertinents révèlent que c'est effectivement une possibilité : une planète aurait bien pu être absorbée par le jeune Soleil. Et pas n'importe quelle planète ! Il pourrait s'agir d'une super-Terre pesant de 5 à 10 masses terrestres ! L'étude, publiée dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomial Society, souligne d'ailleurs qu'une planète de cette taille aurait pu traverser les couches externes du jeune Soleil en conservant une grande partie de sa masse, avant de finir par se désagréger et de se mélanger à notre étoile.

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Les modèles favorisent ainsi la présence d'une région enrichie en éléments lourds juste sous la zone de convection, qui expliquerait le décalage entre les observations et la théorie.

Un scénario parmi d’autres

Des travaux antérieurs avaient déjà proposé que des super-Terres aient pu se former dans la région interne du disque protoplanétaire avant de migrer vers le Soleil et d'y être absorbées. Le scénario est donc compatible avec les observations, mais il ne constitue pas pour autant une preuve que le Soleil a réellement englouti une planète. Pour le démontrer, il faudrait pouvoir identifier dans le Soleil la signature précise laissée par un tel événement. Et nous n'y sommes pas encore.