Les planètes géantes du Système solaire se disloquent dans 9 simulations sur 10

Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune sont depuis longtemps considérées comme les rouages les plus durables du Système solaire, un ensemble d’orbites censé survivre à l’Univers à maintes reprises. De nouvelles simulations indiquent que c’est le Soleil lui-même qui brisera ce mécanisme en mourant, vraisemblablement environ un milliard d’années après sa transformation en naine blanche.

La cause tient à la manière dont le Soleil perd de la masse. Les calculs antérieurs supposaient qu’un Soleil mourant se délestait de ses couches externes de façon régulière, comme une lente fuite, ce qui étire toutes les orbites sans perturber l’ordre des planètes. Les nouveaux travaux, menés par Konstantin Batygin et Jim Fuller de Caltech, ainsi que Fred Adams de l’université du Michigan, s’appuient sur des données montrant que les étoiles mourantes éjectent leur enveloppe en bouffées distinctes et asymétriques. Chaque bouffée donne une petite impulsion au Soleil, et les planètes ressentent chacune d’elles.

Sur des centaines d’avenirs simulés, ces impulsions se sont accumulées. Dans le scénario que les auteurs jugent le plus proche des observations, environ 40 % des systèmes solaires simulés étaient déjà désorganisés ou violemment bouleversés lorsque la naine blanche se formait, et près de neuf sur dix se disloquaient en l’espace de 3 milliards d’années. Dans certaines simulations, Saturne était entièrement expulsée du Système solaire. Dans d’autres, Uranus et Neptune échangeaient leur place.

Si ce résultat se confirme, la fin du Système solaire n’est plus un accident lointain provoqué par le passage d’une étoile. Elle devient une composante de la mort du Soleil, et la même logique s’étend à presque tous les systèmes planétaires de la galaxie, puisque presque toutes les étoiles terminent leur existence sous forme de naines blanches.

Pourquoi un Soleil mourant donne des coups à ses propres planètes

Dans environ 5 milliards d’années, le Soleil gonflera pour devenir une géante rouge et, au cours de ses phases géantes, il perdra environ 46 % de sa masse. Moins fortement retenues, les planètes dériveront vers l’extérieur. Dans le scénario d’une perte lisse, chaque orbite s’agrandit d’un facteur d’environ 1,85, de sorte que le Système solaire externe devient une copie plus vaste et plus lente de celui que nous connaissons.

L’indice selon lequel cette perte n’est pas régulière provient de Gaia, le satellite de cartographie stellaire de l’Agence spatiale européenne. En suivant des paires d’étoiles orbitant l’une autour de l’autre à de très grandes distances, les astronomes ont constaté que les jeunes naines blanches se déplacent comme si elles avaient reçu une impulsion d’environ 0,75 km par seconde, soit approximativement 2 700 km/h. Une étoile qui perdrait son gaz uniformément dans toutes les directions ne recevrait aucune impulsion.

L’explication principale, un cadre théorique récemment proposé par Fuller, est que l’enveloppe d’une géante rouge s’échappe sous forme de panaches distincts, entraînés par les remous de ses couches externes. Les télescopes qui combinent la lumière de plusieurs miroirs montrent déjà des nuages de poussière séparés et mouvants autour d’étoiles géantes vieillissantes. Chaque panache pousse légèrement l’étoile dans une direction aléatoire, et ces poussées s’additionnent pour produire l’impulsion observée.

Pour les planètes, une poussée imprimée au Soleil est une poussée transmise à toutes les orbites à la fois. Dans le cas de référence de l’étude, le Soleil reçoit environ 4 600 reculs de quelques mètres par seconde chacun, pour une médiane d’environ 7 m/s. Pris isolément, ils sont minuscules. Mais parce qu’ils frappent en des points aléatoires de l’orbite de chaque planète, ils ne s’annulent pas, et les orbites commencent à dériver. « Tout change lorsque l’enveloppe part par morceaux », écrivent les auteurs.

Comment ils ont procédé

L’équipe a utilisé rebound, un code open source très répandu qui calcule les mouvements des corps sous l’effet de leur gravité mutuelle, et l’a associé à un modèle de l’évolution du Soleil construit avec MESA, un programme de référence pour l’évolution stellaire. Les quatre planètes géantes ont été placées à leurs positions et avec leurs vitesses actuelles, puis le Soleil a perdu de la masse suivant cette trajectoire modélisée.

La première étape a été l’expérience de contrôle. Dans plus de 60 simulations avec une perte de masse régulière, le résultat n’a jamais changé : les orbites se sont dilatées, les rapports entre les périodes orbitales des planètes sont restés figés, et le système est demeuré stable pendant des milliards d’années.

Les chercheurs ont ensuite fractionné la perte de masse. Ils ont effectué 672 simulations, en faisant varier la taille de chaque paquet de gaz éjecté, de un dix-millionième à un dix-millième de la masse du Soleil, ainsi que le fait que les bouffées traversent toutes les phases géantes du Soleil ou uniquement la dernière, appelée branche asymptotique des géantes. Chaque état final a ensuite été suivi pendant 3 milliards d’années supplémentaires, sans étoile de passage ni autre perturbation extérieure.

De 10¹⁸ ans à environ un milliard

Les chiffres remplacés sont gigantesques. On estimait que le seul chaos nécessiterait environ 10¹⁸ ans, soit un milliard de milliards d’années, pour déstabiliser Uranus. L’ajout d’étoiles de passage, pour lesquelles les orbites élargies constituent une cible plus facile, ramenait cette estimation entre 30 et 100 milliards d’années. L’Univers est âgé d’environ 13,8 milliards d’années.

Avec l’étalonnage privilégié par les auteurs, le Système solaire se défait désormais de lui-même environ un milliard d’années après la formation de la naine blanche, soit cent fois plus tôt que le délai attendu avant la première étoile de passage perturbatrice. Dans les simulations les plus violentes, l’orbite de Neptune a été étirée jusqu’à une excentricité d’environ 0,5, si bien que sa distance au Soleil varierait d’un facteur trois entre son point le plus proche et son point le plus éloigné.

Les difficultés n’attendent pas toujours que le Soleil ait fini de mourir. Dans 37 des 48 simulations du scénario privilégié, les orbites ont commencé à se croiser avant la fin de la perte de masse ; dans le cas le plus précoce, le Soleil était encore une géante rouge conservant 89 % de sa masse actuelle. Dans un exemple, Saturne a été éjectée moins de 2,5 millions d’années après la naissance de la naine blanche, laissant Uranus et Neptune verrouillées l’une avec l’autre.

Isaac Newton soupçonnait que l’attraction mutuelle de Jupiter et de Saturne finirait par ruiner l’ordre des planètes. Laplace et Lagrange ont ensuite montré que, à leur niveau d’approximation, les orbites ne font qu’osciller, et trois siècles de calculs n’ont cessé de repousser davantage cette échéance. « L’instabilité envisagée par Newton est donc bien réelle. Il s’est trompé uniquement sur le coupable », concluent les auteurs.

Toutes les issues n’étaient pas destructrices. Certaines simulations ont piégé des paires de planètes dans des résonances, des configurations orbitales rythmiques que le Système solaire n’a jamais connues : Jupiter et Saturne dans un rapport de 5:2, ou Uranus accomplissant deux orbites pour une seule de Neptune. Dans 8 des 672 simulations, les deux paires étaient piégées simultanément. Ces systèmes verrouillés n’étaient pas plus sûrs et, dans les simulations les plus granulaires, ils survivaient même légèrement moins souvent que les autres.

Ce que les simulations ne permettent pas de trancher

Tout dépend d’une grandeur que personne n’a mesurée directement : la taille de chaque bouffée de gaz qui s’échappe. Si le Soleil perd son enveloppe en paquets représentant un dix-millionième de sa masse ou moins, les bouffées se compensent largement en moyenne et le Système solaire survit comme une version agrandie de lui-même. Les scénarios violents deviennent dominants lorsque les paquets atteignent environ un cent-millième de masse solaire.

Le lien entre les impulsions mesurées par Gaia et la taille des paquets relève également d’une interprétation. Il suppose que les impulsions proviennent de nombreuses éjections indépendantes. Les auteurs soutiennent que même l’extrémité basse de la plage mesurée, 0,25 km par seconde, implique des paquets déjà situés dans le régime violent. Ils signalent aussi que leur scénario principal prolonge les bouffées au-delà de la branche asymptotique des géantes, la phase pour laquelle le modèle est le mieux calibré. Limiter les bouffées à cette phase supprimait toute désintégration précoce durant le stade de géante rouge ; pourtant, 83 % des systèmes devenaient encore instables en moins de 3 milliards d’années.

Les travaux laissent de côté les planètes internes. Ils ne suivent que les quatre géantes, de sorte que Mercure, Vénus, la Terre et Mars ne font pas partie du calcul. Des études précédentes évaluent le risque propre à Mercure à environ 1 % : c’est la probabilité que son orbite devienne instable avant que le Soleil ne quitte sa phase actuelle de combustion de l’hydrogène.

La théorie formule également des prédictions que les astronomes peuvent vérifier. Si les étoiles mourantes libèrent régulièrement leurs planètes, les jeunes naines blanches devraient s’accompagner d’une population de planètes flottant librement. Dans ces simulations, les géantes étaient bien plus souvent éjectées que détruites dans des collisions, et les débris qui tombent effectivement sur les naines blanches devraient provenir majoritairement de corps rocheux plutôt que de planètes géantes, ce qui correspond aux matériaux rocheux mesurés jusqu’à présent dans les naines blanches polluées.

Questions fréquentes sur la mort du Soleil et les planètes

Le Système solaire se disloquera-t-il lorsque le Soleil mourra ?

Selon ces simulations, probablement oui pour les planètes géantes. Si le Soleil perd ses couches externes en milliers de bouffées distinctes, comme le suggèrent les impulsions des naines blanches, près de neuf systèmes simulés sur dix sont devenus instables dans les 3 milliards d’années suivant la formation de la naine blanche. Avec une perte de masse régulière, les planètes sont restées stables.

Quand le Soleil deviendra-t-il une géante rouge ?

Dans environ 5 milliards d’années. Le Soleil perdra alors environ 46 % de sa masse au cours de ses phases géantes, avant de finir sous la forme d’une naine blanche d’environ 0,54 masse solaire. Dans l’étude, les dislocations surviennent durant cette perte de masse ou au cours des quelques milliards d’années qui suivent.

Qu’est-ce qu’une impulsion de naine blanche ?

Il s’agit de la petite vitesse qu’une étoile semble acquérir lorsqu’elle devient une naine blanche, environ 0,75 km par seconde selon les mesures de Gaia sur de larges paires d’étoiles. Une impulsion signifie que l’étoile a perdu son gaz de manière inégale, et chaque bouffée asymétrique donne aussi une petite poussée aux éventuelles planètes en orbite.

Saturne pourrait-elle réellement être éjectée du Système solaire ?

Dans certaines simulations, oui. Dans l’une d’elles, Saturne a été éjectée moins de 2,5 millions d’années après la formation de la naine blanche. Parmi les planètes géantes, les éjections étaient plus fréquentes que les collisions ; les planètes perdues dériveraient donc dans la galaxie sous forme de mondes flottant librement.

La suite

L’étude est parue dans The Astrophysical Journal Letters en septembre 2026, après une prépublication sur arXiv, et a bénéficié d’une couverture plus large le 12 octobre. Son chiffre central peut être affiné grâce à davantage de mesures Gaia des impulsions des naines blanches et à de meilleurs modèles de l’éjection de gaz par les étoiles géantes. Les auteurs soulignent également que les planètes et les débris aujourd’hui découverts autour de naines blanches constituent une archive de la manière dont chaque étoile est morte : chaque nouveau système recensé permet ainsi de vérifier si les géantes du Soleil sont condamnées ou simplement agrandies.

Référence : Batygin et al., « Terminal Instability of the Solar System Triggered by Stochastic Solar Mass Loss, » The Astrophysical Journal Letters, 2026. DOI: 10.3847/2041-8213/aea290

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