Les collisions entre planètes géantes pourraient générer des vibrations sismiques durables, projetées à travers l’univers. Des chercheurs ont étudié l’impact d’une telle collision et son potentiel à être détecté par des télescopes avancés.
Pour comprendre le chaos du début de notre système solaire, il suffit de regarder notre Lune. Sa surface, marquée par de nombreuses cratères, témoigne des multiples impacts subis. Le système solaire primitif ressemblait à un champ de débris où des objets se heurtaient dans des cascades d’impacts successifs.
Cette situation se produirait probablement dans tous les systèmes solaires jeunes. Dans une étude récente, des chercheurs ont simulé la collision entre deux planètes massives pour examiner les conséquences de cet événement.
Les noyaux de certains exoplanètes géantes pourraient contenir plus de 100 masses terrestres de matière solide. On pense que ces planètes ont considérablement grandi en accumulant du métal grâce à des collisions et à la fusion avec les noyaux d’exoplanètes plus petites, chacune pesant environ 10 masses terrestres.
Cette étude a simulé la collision d’un géant gazeux plus jeune et plus petit avec un autre plus ancien et massif, afin de déterminer si cette incidence pourrait générer des ondes sismiques durables détectables par le télescope spatial James Webb (JWST).
Représentation artistique du disque protoplanétaire.
Des vibrations sismiques puissantes
Ce projet est dirigé par deux objectifs principaux : déterminer si un impact d’une telle ampleur peut produire des ondes sismiques puissantes et durables ; et savoir si le JWST serait capable de les détecter.
Le JWST ne peut pas détecter directement les ondes sismiques, mais il peut observer des variations de lumière avec une grande précision. Si les ondes sismiques sont suffisamment intenses, le télescope pourrait les identifier à travers des changements photométriques sur le géant gazeux.
En théorie, des impacts à l’échelle planétaire peuvent générer des oscillations sismiques sur des exoplanètes observées, détectables par des missions spatiales telles que le JWST et le Roman.
Les auteurs affirment.
Nous montrons ici qu’un impact majeur avec un jeune géant gazeux excite des oscillations sismiques de longue durée qui peuvent être détectées par la méthode photométrique.
Les chercheurs se sont focalisés sur un exoplanète particulier, nommé Beta Pictoris b, un super-Jupiter jeune pesant environ 13 fois la masse de Jupiter.
Cette image artistique montre le planète orbite autour de sa jeune étoile Beta Pictoris. Cet exoplanète est le premier pour lequel la vitesse de rotation a été mesurée. Son jour de huit heures correspond à une vitesse de rotation équatoriale de 100 000 kilomètres par heure – beaucoup plus rapide que n’importe quelle planète dans notre système solaire.
Beta Pictoris b a entre 12 et 20 millions d’années. Le système Beta Pictoris ainsi que cet exoplanète sont l’objet de nombreuses études.
Les recherches suggèrent que la planète est riche en métaux, probablement en raison d’un fort enrichissement par des planetesimaux, comme l’indique un article de 2019. Ce géant exoplanétaire contient entre 100 et 300 masses terrestres de métaux lourds.
En astronomie, “métal” désigne tout élément plus lourd que l’hydrogène et l’hélium ; les “métaux lourds” sont ceux avec une masse atomique supérieure à celle du fer.
Tester les capacités du James Webb
Les chercheurs ont calculé les effets d’une collision et fusion entre une planète de masse similaire à celle de Neptune (environ 17 masses terrestres) et Beta Pictoris b.
Les vastes dépôts de métaux lourds sur des exoplanètes ayant la masse de Jupiter peuvent résulter de collisions massives.
Les impacteurs et le moment qu’ils transfèrent à une planète en formation excitent un éventail de modes sismiques.
Les auteurs expliquent.
Ils notent aussi que, une fois activée, cette activité sismique pourrait perdurer pendant des périodes comparables à l’âge du jeune planète.
Les chercheurs ont constaté que la luminosité de Beta Pictoris b varierait en fonction des ondes sismiques induites. Le JWST serait capable de détecter certains effets si la collision avait eu lieu au cours des 9 à 18 millions d’années passées.
Utiliser les capacités photométriques avancées du JWST offre une nouvelle manière d’étudier l’intérieur des exoplanètes via des ondes sismiques.
La sismologie offre un aperçu direct de l’intérieur des planètes géantes.
Étant donné que les modes normaux les plus durables ont des fréquences comparables à la fréquence dynamique de la planète…, la mesure de la fréquence pourrait aider à déterminer la densité moyenne de la planète.
Précisent les auteurs.
Cette illustration illustre une partie de la recherche. À gauche, les modes f, qui sont des modes fondamentaux ou de surface. Ils sont principalement horizontaux et ressemblent à des vagues de surface dans l’eau. À droite, les modes p, qui sont des modes de pression ou acoustiques. Ils ressemblent aux ondes sonores. Les modes F peuvent mesurer la surface, tandis que les modes p peuvent mesurer l’intérieur. Les couleurs indiquent un excès (rouge) ou un déficit (bleu) de température. Crédit image : Zanazzi et al. 2025.
Les auteurs ajoutent que certaines de ces observations pourraient permettre de détecter “des régions de stratification stable, comme cela a déjà été fait avec Saturne.”
Jusqu’à présent, des mesures gravitationnelles ont été utilisées pour étudier les structures internes des planètes géantes, mais cette nouvelle méthode pourrait être appliquée à des planètes lointaines orbitant d’autres étoiles.
Les auteurs précisent également que leur méthode pourrait avoir d’autres applications, telles que la détection de migrations planétaires.
Les impacts ne sont pas la seule manière d’exciter des oscillations dans les planètes géantes. Des Jupiter chauds et tièdes pourraient se former par migration à haute excentricité, un processus où les forces gravitationnelles de marée de l’étoile hôte excitent le mode fondamental à faible fréquence jusqu’à des amplitudes élevées.
Les courbes de lumière dans l’infrarouge de planètes massives ayant des orbites très excentriques peuvent exhiber des variations résultant de modes f excités par les marées.
Concluent les chercheurs.