Le Soleil a-t-il vraiment eu un jumeau ?

Le Soleil a-t-il été une étoile double ? © Nasa/JPL-Caltech
Notre étoile aurait eu une compagne au début de sa vie, selon une nouvelle hypothèse de chercheurs de Harvard reprise dans différents médias. D’après eux, un astre double permettrait d’expliquer la formation du Nuage d’Oort et l’existence supposée de la mystérieuse neuvième planète… Trop beau pour être vrai ?

Une étude parue dans les Astrophysical Journal Letters reconsidère le récit de la naissance du Système solaire. D’après Amir Siraj, étudiant en astrophysique à Harvard, et son directeur de recherche Abraham Loeb, le Soleil ne serait pas né seul, mais avec un jumeau, formant ainsi une étoile binaire. La nouvelle peut paraître surprenante, mais déjà, en 2017, une étude suggérait que les étoiles naissent par paires. La théorie est donc plausible, et même séduisante : qui ne rêve pas d’un double coucher de soleil, comme dans la saga Star Wars ?

Reste à savoir si les preuves sur lesquelles s’appuient ces chercheurs américains sont assez solides… Les deux auteurs ont en effet la réputation de produire des publications aux méthodes approximatives, qui ne passent pas toujours par une revue à comité de lecture. De plus, le nombre d’articles qu’ils ont publiés en l’espace de quelques mois laisse perplexe. Cependant, cette nouvelle publication est parue dans une revue sérieuse. Que vaut donc cette théorie ?

L’énigme de la formation du Nuage d’Oort

L’idée est née d’un problème situé aux confins du Système solaire. Au-delà de la Ceinture de Kuiper, qui entoure les huit planètes que nous connaissons, se trouve le disque des objets épars. Et encore au-delà s’étend le Nuage d’Oort. Ce vaste réservoir sphérique de comètes, si éloigné de la Terre qu’il est difficilement observable, constituerait la frontière du Système solaire. Les astronomes ont pu déduire petit à petit certaines de ses caractéristiques en analysant finement les orbites des comètes observables. Mais une question résiste pour l’instant aux astrophysiciens : comment s’est-t-il formé ?

Le Nuage d’Oort est un vaste halo de comètes situé aux confins du Système solaire. © Nasa
Le Nuage d’Oort est un vaste halo de comètes situé aux confins du Système solaire. © Nasa

C’est pour résoudre cette énigme que, depuis le début des années 2000, des astronomes réalisent des simulations numériques pour établir le meilleur modèle. Celui-ci doit non seulement reproduire le Système solaire tel que nous le connaissons, mais aussi le nombre de petits corps (comètes, planètes naines, astéroïdes…) que l’on estime présents dans le disque des objets épars et dans le Nuage d’Oort d’après les observations.

Un des critères utilisés est le rapport entre le nombre d’objets dans le Nuage et dans le disque. Il a son importance, selon Melaine Saillenfest, chercheur à l’Institut de mécanique céleste et de calcul des éphémérides : « Ce ratio est relié au mécanisme de formation du nuage d’Oort et du disque d’objets épars. Il peut donc nous renseigner sur la formation tardive ou précoce du Nuage d’Oort, la formation conjointe ou distincte du disque épars et du Nuage d’Oort, etc. ». Pour le moment, personne n’arrive à retrouver exactement par la simulation le rapport donné par l’observation.

Non pas un, mais deux soleils

Les auteurs de Harvard tentent donc une amélioration, grâce à l’hypothèse d’un jumeau présent au début de la formation du Système solaire. « Le modèle le plus courant envisage un disque protoplanétaire dont les planétésimaux auraient été dispersés par les planètes géantes. Un peu comme des billes dans un flipper. Mais ce modèle ne produit pas assez d’objets », justifie Amir Siraj. Il se pourrait donc que le Système solaire ait capturé les comètes qui forment le Nuage d’Oort. Selon Amir Siraj, à sa formation, le Système solaire baignait dans un océan de comètes extrasolaires. Le Soleil et son jumeau auraient donc attrapé au passage de nombreux objets solitaires.

Mais les méthodes utilisées ne convainquent guère Melaine Saillenfest : « Les auteurs n’utilisent à proprement parler aucun modèle dynamique, et aucune simulation ne vient étayer leurs prédictions. » L’astronome préférera donc se fier aux résultats des modèles établis auparavant : « Siraj et Loeb annoncent que le ratio est difficile à reproduire dans les modèles précédents. Or, lorsqu’ils présentent leurs chiffres, qui ne sont que des ordres de grandeur, les prédictions des précédents modèles semblent, au contraire, très prometteuses. »

Ramon Brasser est l’un des astronomes qui ont calculé une des valeurs du ratio les plus robustes, à partir d’observations. Lui aussi reste prudent : « Dans notre article de 2013, nous trouvons un ratio plus haut que ce qu’on obtient en général dans les simulations. Mais il n’est pas incompatible avec les observations, et il faut rappeler que ce nombre n’a pas arrêté d’évoluer, avec de fortes incertitudes sur le nombre de comètes dans le Nuage. » D’autres observations pourraient donc très bien rapprocher ce ratio des simulations.

Par ailleurs, Amir Siraj avance un autre argument qui selon lui, rend son modèle plus robuste que les précédents : « Dans le modèle de Levison et Brasser (2010), les comètes solitaires sont freinées par le gaz présent dans l’amas de naissance, ce qui aide leur capture par le Système solaire. Mais il faut avoir une densité de gaz bien précise pour que ça fonctionne, et pour l’instant rien ne montre que c’était le cas. » Mais là encore, Ramon Brasser n’est pas d’accord : « Les auteurs confondent le gaz du disque protoplanétaire et de l’amas. Et honnêtement, cette idée doit être revisitée d’immenses progrès ont été faits dans la compréhension structurelle de ces disques ». Plus généralement, le scientifique émet des doutes sur la nécessité d’introduire un jumeau dans cette histoire : « Nous devrions d’abord explorer les scénarios actuels, plutôt que d’ajouter des paramètres en invoquant une étoile double. Pouvons-nous exclure tout le reste sans invoquer de jumeau, en a-t-on réellement besoin ? Pour moi, ce n’est pas le cas », soutient-il.

Une nouvelle hypothèse pour la neuvième planète

Ce qui rend la théorie peut-être encore plus séduisante pour le lecteur non averti est qu’elle propose une explication pour la mystérieuse planète 9 : elle aurait été capturée par le Système solaire. « La présence d’une étoile jumelle rend le scénario de la capture environ 20 fois plus probable. Donc si la planète est découverte et qu’elle semble avoir été capturée, ce sera une très bonne nouvelle pour notre modèle », explique Amir Siraj. Mais, pour Melaine Saillenfest, ceci est très hypothétique : « Nous ne savons pas à ce jour si une neuvième planète existe réellement. Elle a en tout cas échappé à quatre ans d’observations acharnées. De plus, même si c’est le cas, rien n’indique qu’elle aurait été préférentiellement capturée. »

Le Système solaire compte-til une neuvième planète bien au-delà de Neptune ? Quatre ans de recherche n'ont pour le moment rien donné. © ESO
Le Système solaire compte-til une neuvième planète bien au-delà de Neptune ? Quatre ans de recherche n'ont pour le moment rien donné. © ESO

Conscient des aspects hypothétiques de sa publication, Amir Siraj compte sur les prochaines observations du télescope LSST en 2021 pour confirmer sa théorie. Si le jumeau du Soleil a réellement existé, alors le Système solaire a certainement capturé beaucoup d’objets, éventuellement la planète neuf, et des planètes naines. « Si celles-ci sont dévoilées en grande quantité par le LSST, alors il deviendra difficile d’expliquer leur présence autrement que par un système binaire », avance Amir Siraj.

Ce à quoi David Nesvorny (Southwest Research Institute de Boulder, États-Unis), qui a beaucoup travaillé sur les objets du Nuage d’Oort, rétorque : « Quel que soit le mécanisme à l’origine de la planète 9, il aurait aussi produit de nombreux objets avec des orbites similaires. Donc je n’appellerais pas ça une véritable preuve. » En résumé, il vaut mieux laisser l’idée du jumeau du côté de la spéculation pour l’instant. Certains scientifiques pensent que ce genre de papier ne devrait pas être publié. C'est pas l'avis de David Nesvorny : « Il est facile pour les experts de voir à quel point ce genre d'étude doit être pris au sérieux. Et au moins, l'idée est là et peut inspirer quelqu'un plus tard ».

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