Un colossal, collision frontale entre Jupiter et une planète encore en formation dans le système solaire primitif, il y a environ 4,5 milliards d'années, pourrait expliquer les lectures surprenantes du vaisseau spatial Juno de la NASA, selon une étude publiée cette semaine dans le journal La nature .

Les astronomes de l'Université Rice et de l'Université chinoise Sun Yat-sen affirment que leur scénario d'impact frontal peut expliquer les lectures gravitationnelles auparavant déroutantes de Juno, ce qui suggère que le noyau de Jupiter est moins dense et plus étendu que prévu.

"C'est déroutant, " a déclaré l'astronome de Rice et co-auteur de l'étude Andrea Isella. " Cela suggère que quelque chose s'est produit qui a agité le noyau, et c'est là que l'impact géant entre en jeu."

Isella a déclaré que les principales théories sur la formation des planètes suggèrent que Jupiter a commencé comme un planète rocheuse ou glacée qui a ensuite rassemblé son épaisse atmosphère du disque primordial de gaz et de poussière qui a donné naissance à notre soleil.

Isella a déclaré qu'il était sceptique lorsque l'auteur principal de l'étude, Shang-Fei Liu, a suggéré pour la première fois l'idée que les données pourraient être expliquées par un impact géant qui a agité le noyau de Jupiter, mélangeant le contenu dense de son noyau avec des couches moins denses au-dessus. Liu, un ancien chercheur postdoctoral dans le groupe d'Isella, est maintenant membre de la faculté de Sun Yat-sen à Zhuhai, Chine.

"Cela me semblait très improbable, " se souvient Isella, "comme une probabilité d'un milliard sur un milliard. Mais Shang-Fei m'a convaincu, par calcul de cisaillement, que ce n'était pas si improbable."

L'équipe de recherche a effectué des milliers de simulations informatiques et a découvert qu'un Jupiter à croissance rapide peut avoir perturbé les orbites d'"embryons planétaires, " des protoplanètes qui étaient aux premiers stades de la formation des planètes.

Liu a déclaré que les calculs comprenaient des estimations de la probabilité de collisions selon différents scénarios et la distribution des angles d'impact. Dans tous les cas, Liu et ses collègues ont découvert qu'il y avait au moins 40% de chances que Jupiter avale un embryon planétaire au cours de ses premiers millions d'années. En outre, Jupiter a produit en masse une "forte focalisation gravitationnelle" qui a rendu les collisions frontales plus courantes que les collisions rasantes.

Isella a déclaré que le scénario de collision est devenu encore plus convaincant après que Liu a exécuté des modèles informatiques en 3D qui ont montré comment une collision affecterait le noyau de Jupiter.

"Parce que c'est dense, et il arrive avec beaucoup d'énergie, l'impacteur serait comme une balle qui traverse l'atmosphère et frappe le noyau de plein fouet, " dit Isella. " Avant l'impact, vous avez un noyau très dense, entouré d'atmosphère. L'impact frontal étale les choses, en diluant le noyau."

Les impacts à un angle rasant pourraient entraîner le piégeage gravitationnel de la planète impactante et son enfoncement progressif dans le noyau de Jupiter, et Liu a déclaré que des embryons planétaires plus petits à peu près aussi massifs que la Terre se désintégreraient dans l'atmosphère épaisse de Jupiter.

"Le seul scénario qui a abouti à un profil de densité de noyau similaire à ce que Juno mesure aujourd'hui est un impact frontal avec un embryon planétaire environ 10 fois plus massif que la Terre, " dit Liu.

Isella a déclaré que les calculs suggèrent que même si cet impact s'est produit il y a 4,5 milliards d'années, "ça peut encore en prendre beaucoup, plusieurs milliards d'années pour que le matériau lourd se réinstalle dans un noyau dense dans les circonstances suggérées par l'article. »

Isella, qui est également co-investigateur sur la base de Rice, Projet CLEVER Planets financé par la NASA, a déclaré que les implications de l'étude vont au-delà de notre système solaire.

"Il y a des observations astronomiques d'étoiles qui pourraient s'expliquer par ce genre d'événement, " il a dit.

"C'est encore un nouveau domaine, donc les résultats sont loin d'être solides, mais comme certaines personnes ont cherché des planètes autour d'étoiles lointaines, ils voient parfois des émissions infrarouges qui disparaissent au bout de quelques années, " dit Isella. " Une idée est que si vous regardez une étoile alors que deux planètes rocheuses entrent en collision frontale et se brisent, vous pourriez créer un nuage de poussière qui absorbe la lumière stellaire et la réémet. Donc, vous voyez en quelque sorte un flash, dans le sens où vous avez maintenant ce nuage de poussière qui émet de la lumière. Et puis après un certain temps, la poussière se dissipe et cette émission disparaît."

La mission Juno a été conçue pour aider les scientifiques à mieux comprendre l'origine et l'évolution de Jupiter. Le vaisseau spatial, lancé en 2011, transporte des instruments pour cartographier les champs gravitationnels et magnétiques de Jupiter et sonder les profondeurs de la planète, structure interne.

Les co-auteurs supplémentaires de l'étude incluent Yasunori Hori du Centre d'astrobiologie du Japon, Simon Müller et Ravit Helled de l'Université de Zurich, Xiaochen Zheng de l'Université Tsinghua de Pékin et Doug Lin de l'Université de Californie, Santa Cruz, et l'Université Tsinghua de Pékin.