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Une nouvelle étude menée par des astronomes de la KU Leuven (Belgique) et du CEA Paris-Saclay (Département d'Astrophysique CEA-Irfu/UMR AIM) montre que la réponse est plus incertaine qu'on ne le pensait auparavant. À l'aide des derniers modèles d'évolution stellaire et d'interactions de marée, l'équipe a découvert que la Terre a de fortes chances de survivre aux deux phases géantes du Soleil, mais uniquement si celui-ci perd de la masse suffisamment rapidement au cours des dernières étapes de son évolution.
Évolution schématique du Soleil au cours de ses phases évoluées.
L'image montre le Soleil tel qu'il est aujourd'hui, traversant ses deux phases géantes, avant de terminer sa vie sous la forme d'une naine blanche. L'étude a montré que Mercure et Vénus seront englouties par le Soleil en expansion, mais que la Terre et Mars survivront et se retrouveront sur une orbite plus éloignée. Les tailles et les distances ne sont pas à l'échelle.
crédit @KU Leuven
Une subtile compétition
À mesure que le Soleil évolue pour devenir une géante rouge, deux processus contradictoires vont déterminer le sort de la Terre:
- D'une part, le Soleil va s'étendre considérablement, augmentant ainsi les forces de marée gravitationnelles qui tendent à attirer la Terre vers lui.
- D'autre part, le Soleil va perdre une grande partie de sa masse sous forme de vent stellaire. À mesure que le Soleil s'allège, l'orbite de la Terre s'éloigne progressivement de lui.
Des études antérieures concluaient souvent que la Terre finirait par être engloutie par le Soleil. Cependant, bon nombre de ces études s'appuyaient sur des descriptions simplifiées des interactions de marée au sein des étoiles géantes.
Cette figure représente l'évolution orbitale de la Terre durant les phases de vie du Soleil (l'unité utilisée est l'unité astronomique représentant la distance Soleil-Terre actuelle).
La courbe bleue représente l'évolution du rayon du Soleil au cours du temps (représenté relativement à la fin de vie du Soleil). On identifie deux phases de forte expansion du Soleil durant la phase dite de géante rouge et celle dite d'AGB. Les courbes orange et verte représentent respectivement les calculs utilisant la modélisation la plus avancée de la dissipation des ondes de marée générées par la Terre dans le Soleil (en orange) et celle communément utilisée (en vert).
Dans le premier cas, la Terre s'éloigne du Soleil et a une chance de survivre.
Un regard sur le Soleil du futur
Cette nouvelle étude s'appuie sur des calculs de pointe concernant la dissipation des marées dans le Soleil tout au long de son évolution prenant en compte la structure et la dynamique internes des étoiles évoluées. Ces modèles ont été développés par l'équipe de recherche dans le cadre de travaux antérieurs et reposent sur des calculs physiques réalistes plutôt que sur des approximations simplifiées.
En utilisant ces méthodes actualisées, les chercheurs ont découvert que les interactions de marée entre la Terre et le Soleil le long de son évolution sont plus faibles qu'on ne le supposait auparavant. Par conséquent, la Terre reste plus éloignée du Soleil pendant les phases géantes, ce qui augmente considérablement ses chances de survie.
Dans les simulations, Mercure et Vénus sont inévitablement englouties par le Soleil en expansion. La Terre, en revanche, survit aux deux phases géantes et se retrouve sur une orbite plus éloignée autour de la naine blanche que deviendra finalement le Soleil.
Une incertitude majeure: la perte de masse stellaire
Malgré ce résultat encourageant, des incertitudes subsistent. Les chercheurs ont découvert que l'issue finale dépend de la vitesse à laquelle le Soleil perdra de la masse au cours de sa dernière phase d'évolution. Malheureusement, ces taux de perte de masse restent un aspect mal compris de l'évolution stellaire.
Pour étudier cette incertitude, l'équipe s'est tournée vers L2 Puppis, une étoile évoluée proche, souvent considérée comme un aperçu de l'avenir du Soleil. D'après cette estimation issue des observations, la Terre s'éloignera juste assez pour survivre.
En savoir plus sur l'avenir du système Soleil-Terre en observant les étoiles lointaines
Cette étude met en évidence la manière dont l'observation d'étoiles évoluées peut fournir des indices sur l'avenir lointain de notre propre système solaire. Les futurs observatoires au sol et missions spatiales telles que PLATO permettront de découvrir bien d'autres planètes en orbite autour d'étoiles de type solaire évoluées géantes, ce qui donnera aux astronomes la possibilité de tester des modèles de survie planétaire à l'échelle d'une population.
Même si la vie sur Terre deviendra impossible bien avant que le Soleil n'atteigne ses phases géantes, la planète elle-même pourrait bien perdurer. Que la Terre survive ou non à terme, la réponse réside dans la compréhension des mécanismes physiques complexes liés au vieillissement des étoiles, un problème que les astronomes commencent tout juste à élucider.