Lorsque la NASA a annoncé sa découverte du système TRAPPIST-1 en février, cela a fait sensation, et avec raison. Trois de ses sept planètes de la taille de la Terre se trouvent dans la zone habitable de l'étoile, ce qui signifie qu'ils peuvent abriter des conditions propices à la vie.

Mais l'une des principales énigmes de la recherche originale décrivant le système était qu'il semblait instable.

"Si vous simulez le système, les planètes commencent à s'écraser les unes sur les autres en moins d'un million d'années, " dit Dan Tamayo, un post-doctorat au Centre des sciences planétaires de l'Université de Toronto à Scarborough.

"Cela peut sembler long, mais ce n'est vraiment qu'un clin d'œil astronomique. Ce serait très chanceux pour nous de découvrir TRAPPIST-1 juste avant qu'il ne s'effondre, il doit donc y avoir une raison pour laquelle il reste stable."

Tamayo et ses collègues semblent avoir trouvé une raison. Dans une recherche publiée dans la revue Lettres de revues astrophysiques , ils décrivent les planètes du système TRAPPIST-1 comme faisant partie de ce qu'on appelle une "chaîne résonante" qui peut fortement stabiliser le système.

Dans les configurations résonantes, les périodes orbitales des planètes forment des rapports de nombres entiers. C'est un principe très technique, mais un bon exemple est la façon dont Neptune orbite autour du Soleil trois fois dans le temps qu'il faut à Pluton pour orbiter deux fois. C'est une bonne chose pour Pluton car sinon il n'existerait pas. Puisque les orbites des deux planètes se croisent, si les choses étaient aléatoires, elles entreraient en collision, mais à cause de la résonance, les emplacements des planètes les unes par rapport aux autres ne cessent de se répéter.

"Il existe un motif répétitif rythmique qui garantit que le système reste stable sur une longue période de temps, " dit Matt Russo, un post-doctorant à l'Institut canadien d'astrophysique théorique (CITA) qui a travaillé sur des moyens créatifs de visualiser le système.

TRAPPIST-1 porte ce principe à un tout autre niveau, les sept planètes étant dans une chaîne de résonances. Pour illustrer cette configuration remarquable, Tamayo, Russo et son collègue Andrew Santaguida ont créé une animation dans laquelle les planètes jouent une note de piano à chaque fois qu'elles passent devant leur étoile hôte, et un battement de tambour à chaque fois qu'une planète dépasse sa plus proche voisine.

Parce que les périodes des planètes sont de simples rapports les unes des autres, leur mouvement crée un motif répétitif constant qui est similaire à la façon dont nous jouons de la musique. Des rapports de fréquence simples sont également ce qui rend deux notes agréables lorsqu'elles sont jouées ensemble.

L'accélération des fréquences orbitales des planètes dans la gamme auditive humaine produit une sorte de symphonie astrophysique, mais celui qui se joue à plus de 40 années-lumière.

"La plupart des systèmes planétaires sont comme des groupes de musiciens amateurs jouant leurs parties à des vitesses différentes, " dit Russo. " TRAPPIST-1 est différent; c'est un super-groupe dont les sept membres synchronisent leurs parties dans un temps presque parfait."

Mais même les orbites synchronisées ne survivent pas nécessairement très longtemps, note Tamayo. Pour des raisons techniques, La théorie du chaos nécessite également des alignements orbitaux précis pour garantir la stabilité des systèmes. Cela peut expliquer pourquoi les simulations effectuées dans le document de découverte original ont rapidement entraîné la collision des planètes les unes avec les autres.

"Ce n'est pas que le système soit voué à l'échec, c'est que les configurations stables sont très exactes, " dit-il. " Nous ne pouvons pas mesurer tous les paramètres orbitaux assez bien pour le moment, donc les systèmes simulés ont continué à entraîner des collisions parce que les configurations n'étaient pas précises. »

Afin de surmonter cela, Tamayo et son équipe n'ont pas regardé le système tel qu'il est aujourd'hui, mais comment il peut s'être formé à l'origine. Lorsque le système était né d'un disque de gaz, les planètes auraient dû migrer les unes par rapport aux autres, permettant au système de s'installer naturellement dans une configuration de résonance stable.

"Cela signifie qu'au début, l'orbite de chaque planète a été réglée pour la rendre harmonieuse avec ses voisines, de la même manière que les instruments sont accordés par un groupe avant qu'il ne commence à jouer, " dit Russo. "C'est pourquoi l'animation produit une si belle musique."

L'équipe a testé les simulations à l'aide de la grappe de supercalcul de l'Institut canadien d'astrophysique théorique (CITA) et a découvert que la majorité qu'elles généraient restait stable aussi longtemps qu'elle pouvait l'exécuter. C'était environ 100 fois plus long qu'il n'en a fallu pour que les simulations du document de recherche original décrivant TRAPPIST-1 deviennent fous.

"Il semble quelque peu poétique que cette configuration spéciale qui peut générer une musique aussi remarquable puisse également être responsable de la survie du système jusqu'à nos jours, " dit Tamayo.