Le Soleil avait probablement un frère jumeau

Le Soleil est né en même temps que d'autres étoiles sœurs dans un amas stellaire ouvert, aujourd'hui dispersé dans la Voie lactée. On pense qu'il pourrait même avoir un frère jumeau (ou une sœur jumelle, c'est selon) avec lequel il formait temporairement une étoile binaire. Ce jumeau expliquerait l'origine du fameux nuage cométaire de Oort.

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Il y a deux ans, Futura expliquait dans un précédent article ci-dessous que deux astrophysiciens avançaient l'hypothèse que notre Soleil formait un système binaire avec un frère jumeau pendant quelques millions d'années, juste après leur naissance. Les chercheurs étaient arrivés à cette conclusion en se basant sur les statistiques des couples de jeunes étoiles observés dans des pouponnières comme le nuage moléculaire de Persée. Les observations suggéraient en effet que toutes les étoiles de masses comparables à celle du Soleil naissaient par paire avant, parfois, de se séparer. On sait en plus que la majorité des étoiles dans la Voie lactée sont bel et bien en couple.

L'idée a continué de faire son chemin et elle est aujourd'hui reprise par le célèbre Abraham Loeb (ou Avi Loeb), coutumier des articles sur arXiv avec des idées originales, voire farfelues selon certains. Le chercheur, directeur du département d'astronomie de l'université d'Harvard, est pourtant tout ce qu'il y a de plus sérieux. Il semble cependant qu'il ait l'habitude de lancer parfois un jeune doctorant en publiant avec lui une étude aux conclusions exotiques et stimulantes. La nouvelle théorie publiée dans The Astrophysical Journal Letters ne semble pas échapper à ce scénario puisque son coauteur, Amir Sira, n'est précisément pas encore docteur.

Le Système solaire s’est formé à partir d’un nuage moléculaire riche en poussières s’effondrant sous sa propre gravité. C’est ainsi qu’est né le Soleil, entouré d’un disque protoplanétaire. © Groupe ECP, www.dubigbangauvivant.com, YouTube

Loeb et Siraj apportent donc de nouveaux arguments à la thèse voulant que le Soleil a peut-être déjà eu un compagnon binaire de masse similaire et initialement distant d'environ 1.000 UA de notre jeune étoile. Pour cela, ils revisitent un problème connu depuis un moment déjà, celui de l'origine du célèbre nuage cométaire de Oort. Rappelons quelques éléments à son sujet, et déjà exposés par Futura.

Une explication pour les comètes de longues périodes

En 1950, l'astronome hollandais Jan Hendrik Oort avait publié le résultat de ses travaux sur les comètes à longues périodes dans un article qui fut l'acte de naissance de la découverte de ce que l'on nomme maintenant en son honneur le nuage de Oort. Dans cet article, Oort se basait sur le fait que les orbites des comètes à longues périodes connues en 1950 avaient leurs aphélies à des distances de l'ordre de 20.000 à 100.000 unités astronomiques (UA) du Soleil. Il en concluait qu'il existait, entre ces distances du Soleil, un ensemble de comètes tournant sur des orbites grossièrement circulaires. Les inclinaisons de leurs orbites étant quelconques, ce réservoir de comètes devait présenter une symétrie sphérique.

Une année-lumière correspond environ à 60.000 UA. Les étoiles les plus proches sont à un peu plus de quatre années-lumière, donc à 250.000 UA. Cela signifiait que certaines comètes se promenaient à une distance du Soleil de l'ordre de grandeur de la distance entre les étoiles. Un calcul simple montrant que la vitesse orbitale, à cette distance, est de quelques mètres par seconde seulement, alors que la vitesse des étoiles proches par rapport au Soleil est de l'ordre de 20 km/s, il fallait en conclure que les comètes du réservoir du nuage de Oort devaient être particulièrement sensibles aux perturbations gravitationnelles des autres étoiles proches. Au cours de ses pérégrinations autour de la Voie lactée, notre Soleil devait se rapprocher suffisamment des autres étoiles pour que des comètes de ce nuage changent d'orbite pour se diriger vers le Système solaire interne, sous l'effet de ces perturbations.

Une genèse problématique pour le nuage d'Oort

D'après les modèles de formation du Système solaire, on en avait déduit que ces comètes étaient des vestiges des stades précoces de cette formation et qu'elles avaient en fait été éjectées sur des orbites longues par l'influence des planètes géantes, en particulier Jupiter. Chaque comète était donc un fossile contenant la matière primitive du disque protoplanétaire, mise ainsi « au frigo » pour des milliards d'années.

Mais, comme l'expliquait il y a une décennie Futura dans un article d'où sont extraites toutes ces considérations, une simulation numérique conduite par Harold Levison et ses collègues conduisait à une tout autre image de l'origine du nuage de Oort.

En effet, si les comètes du nuage d'Oort sont bien des corps célestes éjectés sur des orbites longues périodes mais s'étant formés relativement proches du Soleil, les simulations conduisent à estimer que le nuage ne pourrait contenir que quelques milliards de ces objets. Cette estimation se révèle très insuffisante pour rendre compte des observations qui conduisent à un nombre de plusieurs centaines de milliards de telles comètes. En revanche, si l'on tient compte du fait que notre Soleil s'est formé avec beaucoup d'autres étoiles dans un amas ouvert, par fragmentation d'un nuage de poussières et de gaz, alors le désaccord entre théorie et observations peut être éliminé. Ainsi, le Soleil aurait volé des comètes aux autres systèmes planétaires évoluant en formation parallèlement avec lui.

Une origine extrasolaire pour la planète 9 ?

Ce scénario est aujourd'hui renforcé par Loeb et Siraj qui avancent maintenant que l'on peut encore plus facilement expliquer le remplissage du nuage d'Oort en faisant intervenir des captures de comètes par un système binaire constitué du Soleil et de son jumeau temporairement lié à lui par la gravitation avant de s'échapper de son attraction et de poursuivre sa vie quelque part dans la Voie lactée.

Ainsi, pour  Loeb, « les systèmes binaires sont beaucoup plus efficaces pour capturer des objets que les étoiles simples. Si le nuage d'Oort se forme comme observé, cela implique que le Soleil avait en fait un compagnon de masse similaire qui a été perdu avant que le Soleil ne quitte son amas de naissance ». Et l'astrophysicien d'ajouter que « le puzzle ne concerne pas seulement le nuage ​​d'Oort, mais aussi les objets transneptuniens extrêmes, comme l'hypothétique Planète 9. On ne sait pas d'où ils viennent, et notre nouveau modèle prédit qu'il devrait y avoir plus d'objets avec une orientation orbitale similaire à la planète 9 ».

L'observatoire Vera C. Rubin, anciennement appelé LSST et qui devrait voir sa première lumière en 2021, pourrait confirmer ou non toutes ces considérations en découvrant notamment plusieurs planètes naines. Cela ouvre de nouvelles perspectives pour l'exobiologie et l'étude de la formation des exoplanètes, puisque l'on disposerait d'un moyen d'échantillonner directement la matière primitive d'autres systèmes planétaires. L'origine de la planète 9 elle-même, si elle existe, pourrait être également extrasolaire. Si ces idées étaient bel et bien le reflet de la réalité, qui sait leurs implications pour la panspermie et les origines de la vie ?