Les scientifiques spatiaux dirigés par l'Université de Leicester ont combiné les preuves issues de simulations, d'observations et d'analyses de météorites pour recréer l'instabilité orbitale provoquée par le déplacement des planètes géantes de notre système solaire vers leur emplacement actuel, connu depuis 20 ans sous le nom de modèle de Nice.

Les résultats sont publiés dans la revue Science et présenté à l'Assemblée générale de l'Union géologique européenne à Vienne.

Au début du système solaire, les planètes géantes – Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune – avaient des orbites plus circulaires et plus compactes qu’aujourd’hui. Des recherches antérieures ont établi que l’instabilité orbitale dans le système solaire modifiait cette configuration orbitale et provoquait la dispersion de planétésimaux plus petits. Beaucoup d'entre eux sont entrés en collision avec les planètes terrestres intérieures dans ce que les scientifiques ont appelé le bombardement lourd tardif.

L'auteur principal, le Dr Chrysa Avdellidou de l'École de physique et d'astronomie de l'Université de Leicester, a déclaré :« La question est de savoir quand cela s'est produit ? Les orbites de ces planètes se sont déstabilisées en raison de certains processus dynamiques, puis ont pris leurs positions finales que nous voyons aujourd'hui. Chaque timing a une implication différente, et cela a été un grand sujet de débat au sein de la communauté."

"Ce que nous avons essayé de faire avec ce travail, c'est non seulement de faire une étude dynamique pure, mais de combiner différents types d'études, reliant observations, simulations dynamiques et études de météorites."

Ils se sont concentrés sur un type de météorite connu sous le nom de chondrites à enstatite, qui ont une composition très similaire à celle de la Terre et des rapports isotopiques très similaires, ce qui signifie qu'elles se sont formées dans notre voisinage. En effectuant des observations spectroscopiques à l'aide de télescopes au sol, ils ont relié ces météorites à leur source :une famille de fragments dans la ceinture d'astéroïdes connue sous le nom d'Athor.

Cela suggère qu'Athor était à l'origine beaucoup plus grande et s'est formée plus près du soleil et qu'elle a subi une collision qui a réduit sa taille hors de la ceinture d'astéroïdes.

Pour expliquer comment Athor s'est retrouvé dans la ceinture d'astéroïdes, les scientifiques ont testé différents scénarios à l'aide de simulations dynamiques, concluant que l'explication la plus probable était l'instabilité gravitationnelle qui a déplacé les planètes géantes sur leurs orbites actuelles. L'analyse des météorites a montré que cela s'est produit au plus tôt 60 millions d'années après le début de la formation du système solaire.

Des preuves antérieures d'astéroïdes sur l'orbite de Jupiter ont également imposé des contraintes sur la date à laquelle cet événement s'est produit, les scientifiques concluant que l'instabilité gravitationnelle a dû se produire entre 60 et 100 millions d'années après la naissance du système solaire, il y a 4,56 milliards d'années.

Des preuves antérieures ont montré que la Lune de la Terre s'est formée au cours de cette période, avec une hypothèse étant qu'un planétésimal connu sous le nom de Theia est entré en collision avec la Terre et que les débris de cette collision ont formé la Lune.

Le moment de l'instabilité orbitale est important car il détermine le moment où certaines des caractéristiques familières de notre système solaire se développeraient et pourrait même avoir un impact sur l'habitabilité de notre planète.

Le Dr Avdellidou a ajouté :« C'est comme si vous aviez un puzzle, vous comprenez que quelque chose aurait dû se produire et vous essayez de remettre les événements dans le bon ordre pour créer l'image que vous voyez aujourd'hui. La nouveauté de l'étude est que nous ne sommes pas en faisant uniquement des simulations dynamiques pures, ou uniquement des expériences, ou uniquement des observations télescopiques."

"Il y avait autrefois cinq planètes intérieures dans notre système solaire et non quatre, ce qui pourrait avoir des implications sur d'autres choses, comme la manière dont nous formons des planètes habitables. Des questions telles que :quand exactement les objets sont-ils arrivés à livrer des matières organiques volatiles sur notre planète, sur Terre et sur Mars ? "

Marco Delbo, co-auteur de l'étude et directeur de recherche à l'Observatoire de Nice en France, a déclaré :« Le timing est très important car de nombreux planétésimaux peuplaient notre système solaire au début. 10 millions d'années après le début du système solaire, vous éliminez immédiatement les planétésimaux, alors que si vous le faites après 60 millions d'années, vous avez plus de temps pour amener les matériaux sur Terre et sur Mars."