Cannibalisme cosmique : des preuves confirment que notre Soleil a englouti une planète géante

Contrairement à la grande majorité des systèmes exoplanétaires connus, notre Système solaire ne possède aucune super-Terre. Un détail qui a conduit à l’hypothèse que ce type de planète existait à l’origine, mais qu’il aurait fini par tomber directement et inexorablement dans le Soleil durant sa jeunesse.

Par ailleurs, l’héliosismologie permet de sonder l’intérieur de notre étoile et révèle que la vitesse de propagation du son juste sous la zone convective ne correspond pas aux prédictions des modèles traditionnels.

En réunissant les pièces de ces deux énigmes, une nouvelle étude avance que le Soleil aurait englouti très tôt une super-Terre en formation, baptisée Dev Dilek. Ce corps planétaire se serait ensuite dissous dans les profondeurs du Soleil, modifiant considérablement la structure interne et la composition chimique de notre étoile.

En se déposant sous la zone convective, l’excès de métaux apporté par la planète aurait modifié l’opacité locale. Cette transformation aurait corrigé le profil de vitesse du son et permis de faire concorder les modèles théoriques avec les observations héliosismologiques actuelles.

Reconstituer la planète engloutie

Pour comprendre ce phénomène, l’astrophysique moderne étudie la dynamique du disque protoplanétaire du jeune Soleil. Dans ce disque, des régions de faible turbulence, appelées « zones mortes », auraient permis l’accumulation d’une quantité de matière suffisante pour former des super-Terres dans les régions les plus internes du système naissant.

Par la suite, les frottements exercés par le gaz ont entraîné une migration progressive de ces mondes vers le centre du système. Lorsqu’ils se sont précipités sur le jeune Soleil, la dissolution de leur noyau planétaire a laissé une empreinte chimique indélébile, piégée dans la zone radiative.

À l’aide de simulations numériques réalisées avec les codes d’évolution stellaire MESA et ANKİ, les chercheurs ont calculé l’excès de métallicité et intégré numériquement le profil chimique. Ils ont ainsi déterminé la masse précise que devait posséder la planète engloutie pour expliquer la structure observée.

Les résultats montrent que l’objet englouti aurait été une super-Terre rocheuse d’une masse comprise entre 4,6 et 5,8 fois celle de la Terre. Cette fourchette précise permet de satisfaire simultanément les contraintes héliosismologiques liées à la vitesse du son et les abondances chimiques mesurées dans la photosphère.

Les processus de mélange et le paradoxe du lithium

Les chercheurs ont également cherché à déterminer si d’autres mécanismes internes à l’étoile pouvaient expliquer ces anomalies sans qu’il soit nécessaire d’invoquer la chute d’une planète. Ils ont testé des modifications de l’opacité et de l’équation d’état, ainsi que l’intégration de processus de mélange turbulent, mais aucune de ces pistes n’a permis d’aboutir à une explication complète.

La combinaison la plus précise a été obtenue en associant l’hypothèse de « l’engloutissement planétaire » à un léger mélange turbulent. Ce modèle combiné a réduit au minimum les écarts concernant la vitesse du son, confirmant que l’ingestion d’une planète constitue le facteur principal.

Le modèle permet également d’expliquer la mystérieuse déplétion en lithium observée à la surface du Soleil. Si la matière issue de la planète engloutie était pauvre en lithium et que le mélange interne était resté peu profond, les concentrations actuelles mesurées dans la photosphère correspondraient parfaitement aux observations.

Une planète pouvait-elle survivre dans l’enfer solaire ?

Afin de vérifier que le modèle ne constituait pas un simple ajustement mathématique, les chercheurs ont réalisé une évaluation statistique bayésienne. Celle-ci a confirmé que ce mécanisme rendait mieux compte des observations physiques qu’un modèle reposant uniquement sur l’évolution stellaire.

Ils ont également étudié la capacité de la planète à résister physiquement lors de son immersion dans l’étoile. Les calculs indiquent qu’une super-Terre rocheuse et dense aurait résisté aux forces de marée gravitationnelles sans subir de dislocation catastrophique avant de pénétrer dans la zone radiative.

Grâce à sa vitesse élevée, la planète aurait traversé la zone convective en quelques heures seulement. Durant ce bref laps de temps, la traînée aérodynamique et l’ablation thermique n’auraient entraîné qu’une faible perte de masse, lui permettant d’atteindre intacte les couches profondes du Soleil avant de finir par s’y dissoudre…