Lorsque des astronomes ont annoncé la découverte de sept planètes de taille terrestre en orbite autour de l’étoile naine ultra-froide TRAPPIST-1, ils ont immédiatement célébré la possibilité qu’une de ces voisines planétaires puisse accueillir la vie. Mais pour les physiciens, TRAPPIST-1 présentait un casse-tête : comment ces sept planètes, toutes autour d’une seule étoile et plus proche d’elle que Mercure ne l’est du Soleil, ne se sont pas déjà percutées ?

C’est pourtant ce qui se passe dans les simulations. Après environ un demi-million d’années, les orbites circulaires des planètes de TRAPPIST-1 deviennent plus elliptiques. Elles commencent à se croiser, entraînant d’épiques collisions planétaires. Dans la vraie vie, cela fait déjà des milliards d’années que les planètes de ce système tournent autour de leur étoile en parfaite harmonie.

Représentation du système TRAPPIST-1.

Une équipe d’astronomes vient probablement de trouver une solution à cette énigme et ils en ont même fait un air de musique. Dans leur étude, les scientifiques expliquent comment les sept planètes TRAPPIST-1 forment une “chaîne résonnante” (resonant chain), leurs attractions gravitationnelles travaillant de concert pour conserver la stabilité de chaque orbite, en s’assurant que deux planètes ne sont jamais trouvées au même endroit en même temps.

L’autre conséquence intéressante de cette résonance est que leurs périodes orbitales forment des ratios numériques entiers. La résonance fait que les positions relatives des planètes de TRAPPIST-1 se répètent rythmiquement, semblable à Neptune et Pluton dans leur course autour du Soleil, la première réalisant trois orbites pour toutes les deux orbites de cette dernière. Pour chaque 2 orbites de la planète la plus éloignée, la suivante en fait 3, et la prochaine 4 …, 6, 9, 15 et 24. C’est ce qu’on appelle une chaîne de résonances et c’est la plus longue jamais découverte dans un système planétaire.

Schéma des orbites des planètes orbitant TRAPPIST-1, comparées à celles des lunes galiléennes de Jupiter, Mercure, Vénus et la Terre. (ESO/ O. Furtak)

Pour donner vie à cette idée, Tamayo, ainsi que l’astronome de l’Institut canadien d’astrophysique théorique Matt Russo, ont créé une animation dans laquelle une note de piano est jouée chaque fois qu’une exoplanète de TRAPPIST-1 traverse la face de son étoile. L’équipe a ensuite complété l’arrangement en ajoutant un battement de tambour chaque fois qu’une planète dépasse sa voisine. Le résultat, en accéléré afin que les fréquences orbitales soient à portée de l’audition humaine dans un processus connu sous le nom de sonification, est une sorte de symphonie astrale, finement réglé pour assurer sa propre survie pendant des milliards d’années.

Une version commentée :

En ce qui concerne la façon dont cet ensemble cosmique pourrait s’être formé, Tamayo et Russo pensent que les planètes ont probablement migré vers leurs positions actuelles après s’être formée (coalescence) à partir d’un disque protoplanétaire il y a des milliards d’années.

Selon Tamayo :

Les planètes se forment dans des disques de gaz et de poussière, et à mesure que les planètes grandissent et interagissent avec le disque environnant, elles se déplacent l’une par rapport à l’autre. Si ce processus est assez doux, alors les planètes peuvent naturellement syntoniser tous leurs paramètres orbitaux les uns aux autres, tout comme l’orchestre le fait avant une symphonie.

Bien sûr, il ne s’agit que d’une idée issue de certains modèles et elle doit être vérifiée avec des observations supplémentaires. Mais Tamayo pense que les conditions de formation planétaire autour d’étoiles de faible masse comme TRAPPIST-1 peuvent être plus calmes que celles autour d’étoiles plus grandes et plus chaudes comme notre Soleil, ce qui les rend plus aptes à former des systèmes planétaires harmonieux et à la longue durée de vie.

L’étude publiée dans la revue Astrophysical Journal Letters et librement accessible sur ArXiv (PDF) : CONVERGENT MIGRATION RENDERS TRAPPIST-1 LONG-LIVED.