Pourquoi les planètes du Système solaire ont-elles des orbites inclinées ?

Lorsqu’on observe les illustrations des orbites des planètes, on a l’impression qu’elles sont parfaitement alignées dans un même plan autour du Soleil. Cependant, ces orbites présentent des inclinaisons par rapport au plan solaire : certaines sont très faibles, comme celle de la Terre, tandis que d’autres sont beaucoup plus marquées, comme celle de la planète naine Pluton. Ces inclinaisons témoignent de processus qui se sont produits au moment de la formation du Système solaire.

Comme il est impossible d’observer directement toutes les planètes du Système solaire dans le plan du Soleil, il est difficile de comprendre précisément comment ce processus s’est déroulé. C’est pourquoi l’étude des disques protoplanétaires dans l’Univers est essentielle pour saisir comment le Système solaire est apparu. Ces disques sont le berceau des planètes et contiennent toute la matière à l’origine des systèmes planétaires.

Un groupe d’astronomes a publié une étude dans la revue Astrophysical Journal Letters comparant des modèles théoriques de disques protoplanétaires à des données obtenues par le projet exoALMA. L’étude suggère que des déformations et des interactions gravitationnelles au sein du disque, lors de la formation des planètes, seraient responsables des inclinaisons observées dans les orbites du Système solaire. Ces résultats permettent de mieux comprendre comment de petites perturbations initiales peuvent engendrer la configuration orbitale inclinée que nous observons aujourd’hui.

Inclinaison des orbites

Comme nous le savons, les orbites des planètes du Système solaire ne sont pas parfaitement alignées et présentent de légères inclinaisons par rapport au plan de référence du Soleil. L’orbite de la Terre, par exemple, est légèrement inclinée par rapport à ce plan. Il y a quelques années, certains astronomes ont avancé que cette inclinaison pourrait être due à l’influence d’une étoile ayant frôlé le Système solaire.

Ces perturbations auraient pu également affecter d’autres planètes et provoquer leur inclinaison. Cependant, l’influence d’une seule étoile ne suffit pas à expliquer ce phénomène pour l’ensemble des planètes du Système solaire. Une autre hypothèse propose que des facteurs supplémentaires, comme des perturbations dans le disque protoplanétaire à l’origine du Système solaire, aient contribué à cette configuration.

Projet exoALMA

Le projet exoALMA est une initiative qui utilise le radiotélescope ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) pour étudier les disques entourant les jeunes étoiles. Son objectif est de comprendre la formation des systèmes planétaires et l’évolution de la matière à l’origine des planètes. Grâce à cela, le projet permet aux astronomes de comparer différents systèmes et de mieux cerner comment les facteurs physiques influencent la configuration finale des planètes.

Un disque protoplanétaire est une structure en forme de disque composée de gaz et de poussière qui entoure les étoiles nouvellement formées. Ce disque contient la matière qui finira par donner naissance aux planètes, aux lunes et à d’autres corps du système. En observant ces disques, les astronomes peuvent étudier les processus d’accrétion, de migration planétaire et de formation des planétésimaux. Les observations réalisées avec ALMA, qui recueillent des données sur le rayonnement millimétrique et submillimétrique émis par le disque, sont essentielles pour les étudier.

Explication

Grâce à certaines données du projet exoALMA, les astronomes ont constaté que l’inclinaison des orbites pourrait s’expliquer par le disque protoplanétaire lui-même. En effet, certaines observations ont montré que le disque pouvait être légèrement courbé ou déformé, ce qui modifie naturellement le mouvement du gaz et de la poussière. Ces déformations influenceraient la manière dont la poussière s’accumule et dont les planètes se structurent.

Pour tester cette hypothèse, les chercheurs ont utilisé des cartes de vitesse du gaz autour d’étoiles jeunes et les ont comparées à des modèles de rotation. Ils ont considéré les disques comme une série d’anneaux légèrement inclinés, estimant le degré de déformation et le comparant entre différents systèmes. Ils ont conclu qu’une petite déformation pouvait être comparable aux différences d’inclinaison observées entre les planètes du Système solaire.

Lien avec l’étoile

Le groupe a également découvert que le degré de déformation des disques protoplanétaires pourrait être lié à l’activité de l’étoile centrale. Ce résultat est cohérent, car une jeune étoile est suffisamment chaude pour que son rayonnement influence le processus de formation. C’est d’ailleurs l’une des raisons pour lesquelles seules des planètes petites et rocheuses se sont formées près du Soleil. Le rayonnement pourrait être associé à la turbulence et aux perturbations dans les disques.

Cependant, pour confirmer cette hypothèse, davantage de données sont nécessaires. L’étude montre que la courbure des disques est un facteur important dans la formation et l’évolution des planètes. Ces données ne peuvent être comparées qu’à des simulations numériques et à des modèles de formation. C’est pourquoi il est essentiel de disposer d’observations à différents stades d’évolution du disque protoplanétaire.

Référence de l'article :

Winter et al. 2025 exoALMA. XVIII. Interpreting Large-scale Kinematic Structures as Moderate Warping The Astrophysical Journal Letters