Des astronomes ont repéré une violente collision entre deux exoplanètes orbitant autour d’une étoile de la séquence principale, située à environ 11 000 années-lumière de la Terre. Alors que l’étoile était peu active pendant plusieurs années, sa luminosité est soudainement devenue instable en raison du passage d’importantes quantités de roches et de poussière résultant de la collision. Cette collision semble similaire à celle survenue sur Terre il y a des milliards d’années et qui a donné naissance à la Lune.
Les impacts géants constituent des étapes clés de la formation planétaire. Les théories dominantes avancent notamment que les planètes rocheuses, dites telluriques, atteignent leur masse finale par le biais de collisions entre des planétésimaux — de petits corps planétaires pouvant atteindre la taille de Mars — issus de l’agglomération de la matière contenue dans le disque protoplanétaire.
Ce processus se produirait généralement au cours des 100 premiers millions d’années de formation du système planétaire et se produirait autour d’environ 10 % des jeunes étoiles. Les modélisations informatiques indiquent que la plupart des planètes de masse comparable à celle de la Terre subissent au moins une collision avec des corps planétaires géants au cours de leurs premiers milliards d’années de formation. Ces collisions généreraient des signatures infrarouges distinctes en raison de la chaleur excédentaire qui en résulte.
Cependant, bien que les collisions planétaires soient probablement fréquentes dans les systèmes en formation, leur observation demeure difficile et exige beaucoup de patience, ainsi qu’une part de hasard. Pour être détectables par nos télescopes, elles doivent en effet se produire dans notre ligne de visée, entre leur étoile et la Terre. Nos instruments peuvent alors capter les variations de luminosité qui en résultent, un processus susceptible de s’étendre sur plusieurs années.
Dans une étude publiée ce mois-ci dans The Astrophysical Journal Letters, une équipe de l’Université de Washington affirme avoir détecté l’une de ces collisions dans un système situé à environ 11 000 années-lumière, près de la constellation de la Poupe. « La luminosité de l’étoile était stable et régulière, mais à partir de 2016, elle a connu trois baisses de luminosité. Puis, aux alentours de 2021, elle est devenue complètement erratique », a déclaré Anastasios Tzanidakis, chef d’équipe de l’étude et chercheur à l’Université de Washington, dans un communiqué.
« Je tiens à souligner que les étoiles comme notre Soleil ne présentent pas ce genre de comportement. Alors, quand nous avons observé ce phénomène, nous nous sommes dit : “Mais que se passe-t-il ?” »
Des nuages de matière surchauffée projetés par la collision planétaire
Tzanidakis analysait d’anciennes données télescopiques datant de 2020 lorsqu’il a mis au jour un comportement atypique de l’étoile Gaia20ehk. Cette étoile stable de la séquence principale, semblable à notre Soleil, est censée émettre une lumière régulière et prévisible. Or, sa luminosité s’est mise à fluctuer de manière erratique. Cela se traduisait par de brèves baisses de luminosité suivies d’une phase chaotique, ce qui est inhabituel pour une étoile de ce type.
Afin d’en déterminer l’origine, l’équipe a analysé les données d’autres télescopes dans l’infrarouge. Il a été constaté que la courbe de variation de la lumière infrarouge était l’inverse exact de celle de la lumière visible. Alors que cette dernière vacillait et faiblissait, le rayonnement infrarouge connaissait un pic brutal d’intensité.
Cela pourrait indiquer que la matière masquant l’étoile et provoquant des fluctuations de la lumière visible est extrêmement chaude, au point d’émettre un fort rayonnement infrarouge. Selon les chercheurs, une collision planétaire produirait une chaleur suffisante pour expliquer cette hausse, tout en générant des nuages de roche et de poussière occultant l’étoile.
« Cela pourrait être dû au rapprochement progressif des deux planètes en spirale », a expliqué Tzanidakis. « Au début, il y a eu une série d’impacts rasants, qui n’ont pas produit beaucoup d’énergie infrarouge. Puis, il y a eu la collision catastrophique, et l’émission infrarouge a alors explosé », ajoute-t-il.
Une collision similaire à celle entre la Terre et Théia
Les chercheurs ont également identifié des indices suggérant qu’il pourrait s’agir d’un événement comparable à la collision entre la Terre et le corps planétaire Théia, survenue il y a environ 4,5 milliards d’années et à l’origine de la Lune. Le nuage de poussière issu de cette collision exoplanétaire se situe en effet à environ une unité astronomique de Gaia20ehk, soit une distance proche de celle séparant la Terre du Soleil.
À cette distance, la matière pourrait finir par se refroidir suffisamment pour s’agglomérer et former un système similaire à celui de la Terre-Lune. Les astronomes ne peuvent toutefois pas l’affirmer avec certitude, ce processus pouvant s’étendre sur des milliers, voire des millions d’années.
L’équipe estime néanmoins que ces observations pourraient en susciter d’autres, ce qui permettraient de déterminer la fréquence de ce type d’événement dans l’Univers. Le télescope Simonyi Survey de l’observatoire Vera C. Rubin (NSF-DOE) sera particulièrement adapté à cette tâche. Selon des estimations préliminaires, il pourrait permettre de découvrir une centaine de nouveaux impacts au cours des dix prochaines années.
« À quel point l’événement à l’origine de la Terre et de la Lune est-il rare ? Cette question est fondamentale en astrobiologie », explique le coauteur de l’étude, James Davenport, également chercheur à l’Université de Washington.
« Il semble que la Lune soit l’un des ingrédients magiques qui rendent la Terre propice à la vie. Elle contribue à protéger la Terre de certains astéroïdes, elle est à l’origine des marées océaniques et des phénomènes météorologiques qui permettent aux interactions chimiques et biologiques de se produire à l’échelle planétaire, et elle pourrait même jouer un rôle dans l’activité des plaques tectoniques. Pour l’instant, nous ignorons la fréquence de ces dynamiques. Mais si nous observons davantage de collisions de ce type, nous commencerons à y voir plus clair. »
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