Des astronomes collectent des preuves rares d’une collision entre deux planètes

Anastasios (Andy) Tzanidakis passait au crible d’anciennes données télescopiques de 2020 lorsqu’il a découvert une étoile par ailleurs banale agissant de manière très étrange. L’étoile, nommée Gaia20ehk, se trouvait à environ 11 000 années-lumière de la Terre près de la constellation de la Poupe. C’était une étoile stable de la « séquence principale », semblable à notre soleil, ce qui signifie qu’elle devrait émettre une lumière constante et prévisible. Pourtant, cette étoile a commencé à scintiller frénétiquement.

« La luminosité de l’étoile était belle et constante, mais à partir de 2016, elle a subi ces trois baisses de luminosité. Et puis, vers 2021, elle est devenue complètement folle », a déclaré Tzanidakis, doctorant en astronomie à l’Université de Washington. « Je ne peux pas assez souligner que les étoiles comme notre soleil ne font pas ça. Alors quand nous avons vu celle-ci, nous nous sommes dit « Bonjour, qu’est-ce qui se passe ici ? » »

La cause du scintillement n’avait rien à voir avec l’étoile elle-même : d’énormes quantités de roches et de poussière – semblant venir de nulle part – passaient devant l’étoile lointaine alors que la matière orbitait autour du système, atténuant de manière irrégulière la lumière qui atteignait la Terre. La source probable de tous ces débris était encore plus remarquable : une collision catastrophique entre deux planètes.

« C’est incroyable que divers télescopes aient capturé cet impact en temps réel », a souligné Tzanidakis. « Il n’y a que quelques autres collisions planétaires de quelque sorte que ce soit répertoriées, et aucune ne présente autant de similitudes avec l’impact qui a créé la Terre et la Lune. Si nous pouvons observer plus de moments comme celui-ci ailleurs dans la galaxie, cela nous en apprendra beaucoup sur la formation de notre monde. »

Les planètes se forment lorsque la gravité rassemble de la matière – poussière, gaz, glace ou débris rocheux, par exemple – en orbite autour d’une nouvelle étoile. Les systèmes solaires primitifs sont chaotiques – les planètes entrent régulièrement en collision, explosent ou sont projetées dans l’espace intersidéral. À travers ce processus, et sur peut-être 100 millions d’années, les systèmes solaires comme le nôtre réduisent le nombre de leurs planètes et s’installent dans un équilibre.

Aussi communes que soient probablement ces collisions, en observer une dans un système solaire lointain requiert patience et chance. Les orbites des planètes doivent les amener directement entre nous et leur étoile, de sorte que les débris résultants obscurcissent une partie de la lumière de l’étoile. Le scintillement révélateur met ensuite des années à se dérouler.

« Le travail unique d’Andy exploite des décennies de données pour trouver des choses qui se produisent lentement – des récits astronomiques qui se déroulent sur une décennie », a expliqué l’auteur principal James Davenport, professeur adjoint de recherche en astronomie à l’UW. « Peu de chercheurs recherchent des phénomènes de cette manière, ce qui signifie que toutes sortes de découvertes sont potentiellement à portée de main. »

Tzanidakis, auteur principal de l’étude, étudie la variabilité extrême des étoiles au fil du temps. Ses travaux précédents à l’UW ont identifié un système avec une étoile binaire et un large nuage de poussière qui a provoqué une éclipse de sept ans.

Le comportement de Gaia20ehk, cependant, posait un nouveau mystère. La fluctuation particulière de l’étoile – de courtes baisses de luminosité puis le chaos – n’avait jamais été observée auparavant. L’équipe était perplexe, jusqu’à ce que Davenport suggère d’utiliser les données d’un autre télescope pour rechercher la lumière infrarouge plutôt que la lumière visible.

« La courbe de lumière infrarouge était complètement opposée à celle de la lumière visible », a révélé Tzanidakis. « Alors que la lumière visible commençait à scintiller et à s’atténuer, la lumière infrarouge a augmenté. Ce qui pourrait signifier que le matériau bloquant l’étoile est chaud – si chaud qu’il brille dans l’infrarouge. »

Une collision cataclysmique entre planètes produirait certainement assez de chaleur pour expliquer l’énergie infrarouge. De plus, le bon type de collision pourrait également expliquer ces baisses initiales de lumière.

« Cela pourrait être causé par les deux planètes spiralant de plus en plus près l’une de l’autre », a expliqué Tzanidakis. « Au début, elles ont eu une série d’impacts rasants, qui ne produiraient pas beaucoup d’énergie infrarouge. Ensuite, elles ont eu leur grande collision catastrophique, et l’infrarouge a vraiment augmenté. »

Il existe également des indices que la collision ressemble à celle qui a créé la Terre et la Lune il y a environ quatre milliards et demi d’années. Le nuage de poussière orbite autour de Gaia20ehk à environ une unité astronomique, la même distance du soleil à la Terre. À cette distance, la matière pourrait éventuellement refroidir suffisamment pour se solidifier en quelque chose de similaire à notre système Terre-Lune. Les scientifiques comme Tzanidakis et Davenport ne peuvent pas en être sûrs avant que la poussière ne se dépose – littéralement – dans le système. Cela pourrait prendre quelques années, ou quelques millions.

En attendant, leur découverte est un appel à l’action pour trouver plus de collisions. Le puissant Simonyi Survey Telescope du NSF–DOE Vera C. Rubin Observatory sera bien adapté à cette tâche lorsqu’il débutera sa Legacy Survey of Space and Time plus tard cette année ; quelques calculs rapides de Davenport suggèrent que Rubin pourrait trouver 100 nouveaux impacts au cours des 10 prochaines années. Cela pourrait finalement aider à affiner la recherche de mondes habitables en dehors de notre système solaire.

« À quel point l’événement qui a créé la Terre et la Lune est-il rare ? Cette question est fondamentale pour l’astrobiologie », a déclaré Davenport. « Il semble que la Lune soit l’un des ingrédients magiques qui font de la Terre un bon endroit pour la vie. Elle peut aider à protéger la Terre de certains astéroïdes, elle produit des marées océaniques et des conditions météorologiques qui permettent à la chimie et à la biologie de se mélanger à l’échelle mondiale, et elle peut même jouer un rôle dans l’activité tectonique des plaques. Actuellement, nous ne savons pas à quel point ces dynamiques sont courantes. Mais si nous captons plus de ces collisions, nous commencerons à le découvrir. »

Article : Gaia-GIC-1: An Evolving Catastrophic Planetesimal Collision Candidate – Journal : The Astrophysical Journal Letters – DOI : Lien vers l’étude

Source : Washington U.