Les planètes rocheuses les plus proches du soleil sont constituées de matériaux très différents de ceux des géantes gazeuses du système solaire externe. C'est parce qu'il y a des milliards d'années, notre bébé système solaire a été divisé en deux par un gardien cosmique qui empêchait les matériaux des régions intérieure et extérieure de se mélanger.
Il s'avère que le portier était un anneau de poussière et de gaz, selon une nouvelle étude. La clôture, ou "Great Divide", un terme inventé par les auteurs, est maintenant principalement un espace vide juste à l'intérieur de l'orbite de Jupiter.
Il y a environ deux décennies, les chimistes ont réalisé que les éléments constitutifs des planètes - des planétésimaux de taille astéroïde ou des «cailloux» beaucoup plus petits - avaient des compositions très différentes en fonction de leur distance au soleil. Les cailloux qui ont construit les planètes extérieures, ou "joviennes", contenaient des concentrations plus élevées de molécules organiques telles que le carbone et les substances volatiles, ou les glaces et les gaz, que celles qui ont construit les planètes "terrestres" plus près du soleil, comme la Terre et Mars.
Mais c'était déroutant, car la théorie prédit que les cailloux du système solaire extérieur auraient dû se déplacer en spirale vers le système solaire intérieur, à cause de ce qu'on appelle la "traînée de gaz", ou de l'attraction gravitationnelle du gaz entourant le jeune soleil.
Avant cette étude, les scientifiques pensaient que "la paroi gravitationnelle qui empêchait le mélange entre le disque interne et externe de notre système solaire naissant était Jupiter", a déclaré l'auteur principal Stephen Mojzsis, professeur de géochimie à l'Université du Colorado à Boulder. L'idée était que Jupiter était si grande et sa force gravitationnelle si forte qu'elle engloutit de petits cailloux avant de pouvoir atteindre le système solaire interne.
Pour tester cette théorie, Mojzsis et l'auteur principal Ramon Brasser, chercheur au Earth-Life Science Institute du Tokyo Institute of Technology au Japon, ont créé des simulations informatiques qui ont recréé la croissance du premier système solaire et des planètes qui s'y trouvent.
La simulation a révélé que Jupiter ne pouvait pas croître assez rapidement pour empêcher tous les cailloux riches en carbone de s'écouler dans le système solaire interne. En fait, la plupart des cailloux du système solaire externe sont passés directement par Jupiter en croissance.
"Jupiter est un portier très inefficace", a déclaré Mojzsis à Live Science. "C'est comme si une frontière poreuse, les immigrants du système solaire externe auraient inondé le système solaire interne." Jupiter en lui-même aurait laissé passer de nombreux cailloux, ce qui signifie que les planètes du système solaire extérieur et intérieur se seraient avérées avoir des compositions similaires, a-t-il ajouté.
Au lieu de cela, les deux scientifiques ont proposé une autre théorie: au début de l'histoire du système solaire, il aurait pu exister un anneau, ou plusieurs anneaux de bandes alternées de gaz et de poussières haute et basse pression entourant le soleil. Ces anneaux auraient empêché les cailloux de se déplacer vers l'intérieur. Ils ont basé leur hypothèse sur des observations du réseau Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array (ALMA) au Chili, qui ont montré qu'environ 2 jeunes étoiles sur 5 avaient ces disques en forme de taureau autour d'eux.
Ces disques à haute pression auraient pu piéger la poussière et la faire s'agréger en groupes distincts - un qui formerait Jupiter et Saturne et un autre Terre et Mars, par exemple. L'un de ces éviers aurait pu empêcher les cailloux extérieurs de se déplacer vers le soleil, créant le Grand Divide, a déclaré Mojzsis. Même ainsi, cette bague n'aurait pas été entièrement scellée. Cela aurait permis aux cailloux carbonés de s'écouler dans le système solaire intérieur, créant les graines de la vie sur Terre, a-t-il ajouté.
C'est une "idée intéressante", a déclaré Michiel Lambrechts, boursier postdoctoral à l'Observatoire de Lund en Suède qui ne faisait pas partie de l'étude. "Cependant, bien que les auteurs présentent des travaux qui illustrent le défi de diviser les réservoirs solides internes et externes avec un Jupiter en croissance, ils ne font pas de modèle d'anneau aussi détaillé."
Ce modèle d'anneau doit démontrer comment les cailloux sont piégés et comment les planètes finissent par croître dans de tels pièges à cailloux, a-t-il ajouté. Jusque-là, "il reste difficile de privilégier fortement ce modèle d'anneau par rapport à d'autres explications potentielles".
Les résultats ont été publiés aujourd'hui (13 janvier) dans la revue Nature Astronomy.
