De nouveaux indices sur ce qui se passera lorsque le Soleil dévorera la Terre | Magazine Quanta

Le destin de la Terre repose sur un tirage au sort.

Dans 5 milliards d’années, notre Soleil se transformera en une étoile géante rouge. La survie de la Terre est une « question ouverte », a déclaré Melinda Soares Furtado, astrophysicien à l'Université du Wisconsin, Madison. Bien sûr, la Terre pourrait être engloutie par le soleil et détruite. Mais dans certains scénarios, la Terre s’échappe et est poussée plus loin dans le système solaire.

Aujourd’hui, un système planétaire voisin a offert des indices sur l’avenir cosmique de notre planète. À environ 57 années-lumière de nous, quatre planètes gravitent autour d’une étoile semblable au soleil, âgée de 10 milliards d’années, soit deux fois plus vieille que le soleil et déjà à un stade avancé de sa vie. Stephen Kane, astrophysicien spécialisé dans l'habitabilité planétaire à l'Université de Californie à Riverside, a récemment modélisé ce qui pourrait arriver aux planètes du système âgé lorsque l’étoile deviendra une géante rouge dans un milliard d’années. Il a découvert que la plupart des planètes intérieures seraient englouties, mais que la planète connue la plus extérieure, qui a une orbite similaire à celle de Vénus, pourrait survivre.

L’âge avancé de l’étoile facilite la modélisation de son expansion et offre une prévision plus précise de l’avenir de notre propre système planétaire. "C'est un article très intéressant", a déclaré Jonathan Zink, astrophysicien au California Institute of Technology. "Si nous pouvons trouver [plus] de systèmes à différentes phases de l'évolution stellaire, nous pourrons probablement reconstituer ce qui va [se produire]."

Des mondes croustillants

Lorsqu’une planète est engloutie, la mort peut être rapide. En 2022, Ricardo Yarza, astrophysicien stellaire de l'Université de Californie à Santa Cruz, a simulé ce qui se produit quand une géante rouge avale une planète. Il a découvert que si la planète commence suffisamment près de l’étoile, son orbite se désintègre rapidement. Le gaz dans l’atmosphère de l’étoile crée une traînée sur la planète, et « la planète continue de s’enfoncer de plus en plus profondément dans l’étoile », a déclaré Yarza. D’ici quelques centaines d’années, la plupart des planètes seront détruites.

Jusqu’à récemment, ces derniers instants de la vie d’une planète condamnée « n’avaient jamais été observés directement », a déclaré Kishalay De, astronome au Massachusetts Institute of Technology. Mais en 2020, l’équipe de De a vu une étoile située à 12,000 XNUMX années-lumière devenir temporairement quelques centaines de fois plus brillante. Le flash était trop faible pour provenir d’une fusion avec une autre étoile. Mais c'était juste la bonne intensité pour avoir été produite par un repas de la taille d'une planète, ont déclaré De et ses collègues. rapporté en mai.

L’équipe a supposé qu’une planète quelques fois plus massive que Jupiter avait été rattrapée alors que l’étoile vieille de 10 milliards d’années commençait à se développer pour devenir une géante rouge. "C'est l'avenir de notre système solaire", a déclaré De.

Notre étoile en évolution

Lorsqu’une étoile de la séquence principale comme notre Soleil – également appelée étoile de type G ou naine jaune – atteint la fin de sa vie, elle manque d’hydrogène nécessaire pour alimenter la fusion nucléaire dans son noyau. À mesure que l’étoile se tourne vers d’autres sources de combustible et perd de la masse, son noyau devient plus chaud et son atmosphère se gonfle pendant des millions d’années. À terme, notre Soleil deviendra plus de 200 fois plus large que sa taille actuelle.

Ce soleil gonflé consommera Mercure et probablement Vénus, avant de devenir si grand qu’il s’approche de l’orbite terrestre – une distance connue sous le nom d’unité astronomique, ou UA. Mais cela pourrait encore s’étendre davantage. "Sur certains modèles", a déclaré Antonino Lanza, astronome à l'Observatoire astrophysique de Catane en Italie, "il peut engloutir Mars". La principale incertitude, a-t-il dit, réside dans la quantité de masse que le soleil perdra en vieillissant ; plus il perd, plus son rayon final sera petit. "C'est mal connu", dit-il.

Pour l’instant, nos meilleures estimations suggèrent que le soleil se développera entre 0.85 et 1.5 UA. Mais à mesure que l’étoile perd de la masse, la plus faible attraction gravitationnelle augmentera l’orbite terrestre, ce qui signifie que notre planète pourrait échapper à l’engloutissement.

Pour voir l’avenir de la Terre, les astronomes se tournent vers une boule de cristal remplie de systèmes planétaires extraterrestres. Leur objectif est de trouver des étoiles semblables au Soleil qui se transformeront bientôt (ou viennent de s’envoler) en géantes rouges.

C’est pourquoi Rho Coronae Borealis, une étoile naine jaune proche dont on pense qu’elle atteint la fin de sa vie solaire, a attiré l’attention de Kane. Trois de ses quatre planètes connues orbitent à proximité de l’étoile, bien sur la trajectoire de Vénus autour de notre soleil. La planète la plus éloignée, avec une année de 282 jours, a une orbite similaire à celle de Vénus.

L'analyse de Kane, publié le mois dernier, montre que l’étoile en croissance engloutira les trois planètes intérieures. Le plus profond de ces mondes, considéré comme rocheux et pesant près de quatre fois la masse de la Terre, s’évaporera d’ici quelques centaines d’années. "Le plasma surchauffe la planète et provoque sa dégradation", a déclaré Kane. "Même les roches à la surface fondront." Le prochain monde, une géante gazeuse de la masse de Jupiter, est si grande qu’elle tournera vers l’intérieur et sera déchirée par la gravité de l’étoile, plutôt que de s’évaporer. La troisième planète, un monde plus petit de la masse de Neptune, sera probablement également engloutie et évaporée.

Mais la planète la plus éloignée – également de la masse de Neptune – pourrait survivre. Au fur et à mesure de son expansion, l’étoile engloutira temporairement la planète pendant plusieurs milliers d’années. Pendant ce temps, des températures extrêmes vont griller la surface de la planète, mais la planète elle-même devrait survivre car l’atmosphère de l’étoile n’est pas très dense à cette distance. L’étoile va alors se contracter et s’étendre à nouveau, engloutissant à nouveau la planète pendant plusieurs millénaires. Si la planète peut survivre lorsqu’on la manipule comme une souris, elle pourrait alors émerger de l’atmosphère alors que l’étoile rétrécit une dernière fois. "Il a donc une opportunité de s'échapper à la fin", a déclaré Kane.

Kane, pour sa part, est optimiste quant aux chances de la planète et à ce qu’elles pourraient signifier pour notre propre monde. "Je soupçonne que la Terre va se déplacer vers l'extérieur et qu'elle survivra", a-t-il déclaré.

The Great Escape

Si une planète parvient à échapper à l’engloutissement, ses chances de vivre plus longtemps sont prometteuses. Lorsqu’une étoile comme notre Soleil se transforme en géante rouge et perd ses couches externes, il ne reste finalement qu’un cadavre stellaire dense et chauffé à blanc, connu sous le nom de naine blanche. Ces objets contiennent jusqu’à la moitié de la masse de l’étoile d’origine, regroupés dans une zone de la taille de la Terre. Ils devraient continuer à brûler pendant des milliards d’années.

Au cours des deux dernières décennies, les scientifiques ont découvert une poignée d'exoplanètes des naines blanches en orbite, dit Marie-Anne Limbach, un scientifique des exoplanètes à l'Université du Michigan. Ces planètes ont survécu à la phase géante rouge de leur étoile, même si l’on ne sait pas exactement comment. Certains mondes, qui ont tendance à être de plus grandes géantes gazeuses, étaient probablement trop éloignés de leur étoile pour être avalés, tandis que d'autres ont peut-être été poussés vers l'extérieur alors que l'étoile soufflait et soufflait. (Les astronomes ont également constaté que certaines planètes étaient pas si chanceux sous la forme de naines blanches polluées, qui sont riches en éléments associés aux planètes, tels que le magnésium et le fer.) Les observations en cours par le télescope spatial James Webb (JWST) devraient révéler des dizaines d'exoplanètes supplémentaires en orbite autour de naines blanches.

Aussi inhabituels que cela puisse paraître, ces systèmes planétaires pourraient encore être habitables, a déclaré Limbach, qui dirige certaines des observations des naines blanches du JWST. "Il y a un endroit autour d'une naine blanche où l'on peut trouver de l'eau liquide" à la surface d'une planète, a-t-elle déclaré. Mais « c’est un environnement très difficile ».

Davantage d’observations de systèmes solaires évolués et davantage de modèles comme celui de Kane pourraient fournir une meilleure compréhension du sort du nôtre. Pour l’instant, la mort de notre planète n’est qu’à un coup de dés de toute certitude. Les humains ont peut-être disparu de la surface de la Terre depuis longtemps, mais quiconque regardera dans notre direction dans 5 milliards d’années pourrait voir notre planète expirer les derniers souffles de notre soleil – ou, peut-être, disparaître dans un bref éclair de lumière.

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