Une planète plusieurs fois plus massive que la Terre pourrait avoir disparu dans le Soleil, en laissant des traces encore détectables aujourd'hui.
Le scénario vient d'un constat ancien : les modèles décrivant l'intérieur du Soleil ne reproduisent pas parfaitement certaines mesures réelles. Les vibrations de notre étoile permettent notamment de déduire comment le son se propage sous sa surface. Or les valeurs calculées présentent des écarts avec ces observations, notamment sous la couche extérieure où la matière circule.
Un autre indice intrigue les astronomes. La surface du Soleil contient beaucoup moins de lithium que prévu à partir de la matière présente lors de sa formation. Mutlu Yıldız, de l'université Ege en Turquie, a donc cherché si ces deux anomalies pouvaient avoir une même origine remontant à la jeunesse du Soleil.
Le chercheur a simulé l'évolution de notre étoile en ajoutant un événement inhabituel : l'absorption d'une planète riche en éléments lourds. Les modèles qui correspondent le mieux aux observations font intervenir une super-Terre d'environ 5 à 10 masses terrestres. L'un des meilleurs ajustements donne une masse proche de 5,6 fois celle de la Terre.
Concrètement, la matière de cette planète n'aurait pas simplement disparu dans les couches superficielles. Une partie aurait pu descendre sous la zone où la matière solaire se mélange continuellement. Elle aurait alors enrichi localement l'intérieur du Soleil en éléments lourds. Cette modification change légèrement la façon dont l'énergie et le son traversent l'étoile.
Les calculs indiquent qu'un monde rocheux suffisamment compact pourrait traverser les couches externes du jeune Soleil sans perdre immédiatement toute sa matière. Son contenu pourrait ainsi atteindre des régions plus profondes avant de se disperser.
Vue d’artiste d’une planète frôlant puis plongeant dans l’enveloppe de son étoile.
Crédit : K. Miller/R. Hurt (Caltech/IPAC), MIT.
Le scénario peut aussi reproduire la faible quantité actuelle de lithium. Dans l’étude de Mutlu Yıldız, le jeune Soleil aurait initialement eu une masse légèrement plus faible, puis aurait incorporé plusieurs masses terrestres de matière. Pour reproduire l’abondance actuelle, cette matière ajoutée doit être très pauvre en lithium. Elle augmente alors la masse et modifie la composition du Soleil sans apporter une quantité proportionnelle de lithium. Le lithium présent se retrouve donc davantage dilué et soumis au mélange interne.
C’est assez contre-intuitif car une planète rocheuse ordinaire pourrait au contraire apporter du lithium et enrichir temporairement la surface d’une étoile. C’est d’ailleurs ce que prédisent de nombreux modèles d’engloutissement planétaire.
Le scénario de cette nouvelle étude exige donc une condition particulière : la super-Terre engloutie devait déjà être fortement appauvrie en lithium. L'auteur trouve qu'avec environ 4,6 à 5,8 masses terrestres de matière pauvre en lithium, le modèle peut retrouver l'abondance solaire actuelle.
Cette hypothèse apporte aussi une réponse possible à une particularité de notre voisinage. De nombreux systèmes planétaires possèdent des super-Terres proches de leur étoile, alors que le Système solaire n'en compte aucune. Des travaux antérieurs avaient déjà proposé que de telles planètes aient pu se former près du Soleil avant de migrer vers lui.
Le chercheur a comparé ce scénario avec d'autres modifications possibles des modèles solaires, concernant notamment le transport et le mélange de la matière. Ces solutions améliorent certains résultats, mais l'absorption d'une planète fournit un meilleur accord simultané avec plusieurs mesures dans les simulations étudiées.
La prochaine étape sera donc observationnelle. Si l'enrichissement en éléments lourds prévu sous les couches externes du Soleil possède une signature mesurable, les vibrations de notre étoile pourraient permettre de la rechercher. Une telle détection constituerait un indice indépendant d'un événement survenu il y a plusieurs milliards d'années.