Le système solaire a été formé à partir d'un disque protoplanétaire composé de gaz et de poussière. Étant donné que la masse cumulée de tous les objets au-delà de Neptune est beaucoup plus petite que prévu et que les corps y sont pour la plupart inclinés, orbites excentriques, il est probable qu'un processus ait restructuré le système solaire externe après sa formation. Susanne Pfalzner de l'Institut Max Planck de radioastronomie de Bonn, Allemagne, et ses collègues présentent une étude montrant qu'un survol rapproché d'une étoile voisine peut simultanément conduire à la densité de masse plus faible observée dans la partie externe du système solaire et exciter les corps là-bas sur excentrique, orbites inclinées. Leurs simulations numériques montrent que de nombreux corps supplémentaires à forte inclinaison attendent encore d'être découverts, peut-être y compris la "planète X" parfois postulée.

Les résultats sont publiés dans le Journal d'astrophysique .

Une quasi catastrophe il y a des milliards d'années aurait pu façonner les parties externes du système solaire, tout en laissant les régions intérieures essentiellement intactes. Des chercheurs de l'Institut Max Planck de radioastronomie de Bonn et leurs collaborateurs ont découvert qu'un survol rapproché d'une autre étoile peut expliquer de nombreuses caractéristiques observées dans le système solaire externe. "Notre groupe cherche depuis des années ce que les survols peuvent faire à d'autres systèmes planétaires, sans jamais considérer que nous pourrions vivre dans un tel système, " dit Susanne Pfalzner, l'auteur principal du projet. "La beauté de ce modèle réside dans sa simplicité."

Le scénario de base de la formation du système solaire est connu depuis longtemps :le soleil est né d'un nuage de gaz et de poussière qui s'effondre. Dans le processus, un disque plat s'est formé dans lequel de grandes planètes ont grandi, avec des objets plus petits comme les astéroïdes, planètes naines, etc. En raison de la planéité du disque, on s'attendrait à ce que les planètes orbitent dans un seul plan à moins que quelque chose de dramatique ne se produise. En regardant le système solaire jusqu'à l'orbite de Neptune, tout semble bien :la plupart des planètes se déplacent sur des orbites assez circulaires et leurs inclinaisons orbitales ne varient que légèrement. Cependant, au-delà de Neptune, les choses deviennent très compliquées. Le plus gros casse-tête est la planète naine Sedna, qui se déplace sur une pente, orbite très excentrique et est si loin à l'extérieur qu'elle n'a pas pu être dispersée par les planètes là-bas.

Juste à l'extérieur de l'orbite de Neptune, une autre chose étrange se produit. La masse cumulée de tous les objets chute considérablement de près de trois ordres de grandeur. Cela se produit à peu près à la même distance où tout devient désordonné. C'est peut-être une coïncidence, mais de telles coïncidences sont rares dans la nature.

Susanne Pfalzner et ses collègues suggèrent qu'une étoile s'est approchée du soleil à un stade précoce, voler la majeure partie du matériau extérieur du disque protoplanétaire du soleil et jeter ce qui restait sur des orbites inclinées et excentriques. Réaliser des milliers de simulations informatiques, ils ont vérifié ce qui se passerait lorsqu'une étoile passe de très près et perturbe le disque autrefois plus grand. Il s'est avéré que le meilleur ajustement pour les systèmes solaires extérieurs d'aujourd'hui provient d'une étoile perturbatrice de la même masse que le soleil ou un peu plus légère (0,5 à 1 masse solaire), qui a survolé à environ trois fois la distance de Neptune.

Cependant, la découverte la plus surprenante était qu'un survol n'explique pas seulement les orbites étranges des objets du système solaire extérieur, mais donne également une explication naturelle pour plusieurs autres caractéristiques inexpliquées du système solaire, y compris le rapport de masse entre Neptune et Uranus, et l'existence de deux populations distinctes d'objets de la ceinture de Kuiper.

"Il est important de continuer à explorer toutes les pistes possibles pour expliquer la structure du système solaire externe. Les données se multiplient, mais encore trop clairsemé, les théories ont donc beaucoup de marge de manœuvre pour se développer, " dit Pedro Lacerda de l'Université Queen's de Belfast, un co-auteur de l'article. "Il y a un certain danger qu'une théorie se cristallise en vérité non pas parce qu'elle explique mieux les données, mais à cause d'autres pressions. Notre article montre qu'une grande partie de ce que nous savons actuellement peut s'expliquer par quelque chose d'aussi simple qu'un survol d'étoiles."

La grande question est la probabilité d'un tel événement. Aujourd'hui, les survols même des centaines de fois plus éloignés sont heureusement rares. Cependant, les étoiles comme notre soleil naissent généralement dans de grands groupes d'étoiles beaucoup plus denses. Par conséquent, les survols rapprochés étaient significativement plus fréquents dans un passé lointain. Réaliser un autre type de simulation, l'équipe a découvert qu'il y avait 20 à 30 % de chances de subir un survol au cours du premier milliard d'années de la vie du soleil.

Ce n'est pas une preuve définitive qu'un survol stellaire a causé les caractéristiques désordonnées du système solaire extérieur, mais il peut reproduire de nombreuses observations et semble relativement réaliste. Jusque là, c'est l'explication la plus simple, et si la simplicité est un marqueur de validité, ce modèle est le meilleur candidat à ce jour.

"En résumé, notre scénario de survol rapproché offre une alternative réaliste aux modèles actuels suggérés pour expliquer les caractéristiques inattendues du système solaire extérieur, " conclut Susanne Pfalzner. " Elle doit être considérée comme une option pour façonner le système solaire extérieur. La force de l'hypothèse du survol réside dans l'explication de plusieurs caractéristiques du système solaire extérieur par un seul mécanisme."