Stabilité des systèmes planétaires
Quel avenir pour les systèmes planétaires extrasolaires?
Et si les systèmes planétaires extrasolaires étaient instables ? Quand on voit la variété des phénomènes dynamiques qui peuvent se produire dans un système planétaire – collisions, migration vers l’intérieur du système, migration vers l’extérieur… – il y a de quoi effectivement se poser la question.
On sait qu’il existe un certain degré de chaos dans le système solaire. Qu’en est-il des systèmes extrasolaires? Nous connaissons 13 «systèmes» planétaires comportant de 2 à 3 planètes.
Des planètes massives, des excentricités élevées : toutes les conditions sont réunies pour que l’une des planètes puisse se faire éjecter du système. C’est ce problème qu’ont attaqué les spécialistes de la dynamique planétaire, avec un certain optimisme car les paramètres de ces systèmes ne sont pas parfaitement connus. En plus du fameux facteur d’inclinaison qui entache la détermination des masses exactes des planètes, on peut aussi relever qu’on ne connaît pas l’éventuelle inclinaison des orbites des planètes les unes par rapport aux autres.
Même si elles sont probablement à peu près coplanaires comme dans le système solaire, il n’y a pas de raison qu’elles le soient exactement, ce qui n’est pas sans importance pour l’évolution ultérieure du système. Enfin, l’inventaire des planètes de chaque système n’est évidemment pas complet : il peut y exister des planètes de grande masse en orbite lointaine que nous n’aurions pas détectées.
Pour étudier la stabilité d’un système planétaire, on le laisse évoluer avec des paramètres orbitaux qui sont ceux donnés par les observations, plus ou moins de petites variations compatibles avec les erreurs observationnelles. Dans certains cas, le système va montrer des comportements chaotiques, dans d’autres une des planètes finira éjectée, et enfin dans certains cas il ne se passera rien. Résultat des calculs : la plupart des systèmes planétaires semblent dangereusement près de zones d’instabilité. Les systèmes en résonance 2 : 1, où la période de rotation de la planète externe est le double de la planète interne, sont particulièrement instables, et s’il est difficile d’éjecter la planète la plus interne, la planète externe a beaucoup de chances de mal finir. Exception notable: le système de trois planètes de masse terrestre du pulsar PSR1257+12, dont les paramètres orbitaux, masses et inclinaisons des planètes, sont relativement bien déterminés, semble d’une stabilité à toute épreuve et ne devrait pas voir de modification sur plus d’un milliard d’années.
Autre question un peu plus ardue : si jamais ces systèmes contenaient une planète de masse terrestre dans la zone dite «habitable» (ou zone d’habitabilité), cette exoTerre pourrait-elle y rester? Nous verrons que la zone habitable est un mince anneau autour de l’étoile dans lequel de l’eau liquide peut persister à la surface d’une planète pendant une durée compatible avec l’apparition de la vie. La situation des systèmes planétaires est contrastée : aucune planète terrestre ne peut survivre dans la région située autour de 1 U.A., dans le système double de 47 Ursa Majoris. En revanche, le système quadruple de 55 Cancri serait plus hospitalier.
Ne pas se faire éjecter de la zone habitable en quelques millions d’années, voilà un bon début pour une planète tellurique; mais cela ne suffit pas pour en faire une planète «habitable»…
Vidéo : Stabilité des systèmes planétaires
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