Le géant gaz / glace Uranus est depuis longtemps une source de mystère pour les astronomes. En plus de présenter quelques anomalies thermiques et un champ magnétique décentré, la planète est également unique en ce qu'elle est la seule du système solaire à tourner sur le côté. Avec une inclinaison axiale de 98 °, la planète connaît des saisons radicales et un cycle jour-nuit aux pôles où un seul jour et une nuit durent chacun 42 ans.
Grâce à une nouvelle étude menée par des chercheurs de l'Université de Durham, la raison de ces mystères a finalement pu être trouvée. Avec l'aide de chercheurs de la NASA et de plusieurs organisations scientifiques, l'équipe a effectué des simulations qui ont montré comment Uranus avait pu subir un impact massif dans son passé. Non seulement cela expliquerait l'inclinaison extrême et le champ magnétique de la planète, mais cela expliquerait aussi pourquoi l'atmosphère extérieure de la planète est si froide.
L'étude, «Conséquences des impacts géants sur l'uranium précoce pour la rotation, la structure interne, les débris et l'érosion atmosphérique», a récemment été publiée dans The Astrophysical Journal. L'étude a été dirigée par Jacob Kegerreis, chercheur au doctorat de l'Institut de cosmologie computationnelle de l'Université de Durham, et comprenait des membres du Bay Area Environmental Research (BAER) Institute, du Ames Research Center de la NASA, du Los Alamos National Laboratory, de Descartes Labs, de l'Université de Washington et UC Santa Cruz.
Pour le bien de leur étude, qui a été financée par le Science and Technology Facilities Council, la Royal Society, la NASA et le Los Alamos National Laboratory, l'équipe a exécuté les premières simulations informatiques à haute résolution de la façon dont les collisions massives avec Uranus affecteraient la planète. évolution. Comme Kegerries l'a expliqué dans un récent communiqué de presse de l'Université de Durham:
«Uranus tourne sur le côté, son axe pointant presque à angle droit par rapport à toutes les autres planètes du système solaire. Cela a presque certainement été causé par un impact géant, mais nous savons très peu de choses sur la façon dont cela s'est réellement produit et sur la manière dont un événement aussi violent a affecté la planète. »
Pour déterminer comment un impact géant affecterait Uranus, l'équipe a mené une série de simulations d'hydrodynamique des particules lissées (SPH), qui ont également été utilisées dans le passé pour modéliser l'impact géant qui a conduit à la formation de la Lune (alias le Giant Impact). Théorie). Tout compte fait, l'équipe a exécuté plus de 50 scénarios d'impact différents à l'aide d'un ordinateur puissant pour voir s'il recréerait les conditions qui ont façonné Uranus.
En fin de compte, les simulations ont confirmé que la position inclinée d'Uranus était causée par une collision avec un objet massif (entre deux et trois masses terrestres) qui s'est produite il y a environ 4 milliards d'années - c'est-à-dire pendant la formation du système solaire. Cela était cohérent avec une étude précédente qui indiquait qu'un impact avec une jeune proto-planète faite de roche et de glace aurait pu être responsable de l'inclinaison axiale d'Uranus.
«Nos résultats confirment que l'issue la plus probable était que le jeune Uranus a été impliqué dans une collision cataclysmique avec un objet deux fois la masse de la Terre, sinon plus, le renversant et mettant en marche les événements qui ont contribué à créer la planète. nous voyons aujourd'hui », a déclaré Kegerries.
De plus, les simulations ont répondu à des questions fondamentales sur Uranus qui ont été soulevées en réponse à des études antérieures. Essentiellement, les scientifiques se sont demandé comment Uranus pourrait conserver son atmosphère après une violente collision, qui aurait théoriquement emporté ses couches d'hydrogène et d'hélium. Selon les simulations de l'équipe, cela était probablement dû au fait que l'impact a frappé Uranus.
Cela aurait suffi à modifier l'inclinaison d'Uranus, mais n'était pas assez fort pour éliminer son atmosphère extérieure. De plus, leurs simulations ont indiqué que l'impact aurait pu larguer des roches et de la glace en orbite autour de la planète. Cela pourrait alors avoir fusionné pour former les satellites internes de la planète et altéré la rotation de toutes les lunes préexistantes déjà en orbite autour d'Uranus.
Enfin et surtout, les simulations ont offert une explication possible de la façon dont Uranus a obtenu son champ magnétique décentré et ses anomalies thermiques. En bref, l'impact aurait pu créer de la glace fondue et des amas de roches déséquilibrés à l'intérieur de la planète (ce qui explique son champ magnétique). Cela aurait également pu créer une mince coquille de débris près du bord de la couche de glace de la planète qui aurait piégé la chaleur interne, ce qui pourrait expliquer pourquoi l'atmosphère extérieure d'Uranus connaît des températures extrêmement froides de -216 ° C (-357 ° F).
En plus d'aider les astronomes à comprendre Uranus, l'une des planètes les moins bien comprises du système solaire, l'étude a également des implications en ce qui concerne l'étude des exoplanètes. Jusqu'à présent, la plupart des planètes découvertes dans d'autres systèmes stellaires étaient comparables en taille et en masse à Uranus. À ce titre, les chercheurs espèrent que leurs découvertes éclaireront les compositions chimiques de ces planètes et expliqueront comment elles ont évolué.
Comme le Dr Luis Teodoro - de l'Institut BAER et du NASA Ames Research Center - et l'un des co-auteurs du document, a déclaré: «Toutes les preuves indiquent que les impacts géants sont fréquents pendant la formation de la planète, et avec ce type de recherche, nous sont désormais mieux informés de leurs effets sur les exoplanètes potentiellement habitables. »
Dans les années à venir, des missions supplémentaires sont prévues pour étudier le système solaire externe et les planètes géantes. Ces études aideront non seulement les astronomes à comprendre comment notre système solaire a évolué, mais elles pourraient également nous dire quel rôle jouent les géantes gazeuses en matière d'habitabilité.
