Les planètes de TRAPPIST-1 ont subi peu d’impacts depuis leur formation

La petite étoile TRAPPIST-1, à 40 années-lumière de nous, possède un système planétaire fascinant : 7 planètes de type terrestre dont 3 ont des insolations comprises entre celles de Vénus et de Mars. Les périodes orbitales sont très courtes, de 1.5 jours pour la planète b, la plus interne, à 19 jours pour la h, la plus externe qui est malgré tout 6 fois plus proche de son étoile que Mercure de notre Soleil. Ce système très compact, dont la masse et le rayon des planètes ont pu être estimés à quelques %, se livre à un ballet étonnant. Pendant le temps que met la planète h à accomplir 2 orbites, la g en fait exactement 3, la f 4, la e 6, la d 9, la c 15 et la b 24 ! Les orbites sont en résonance les unes avec les autres.

Dans le système solaire, les 4 lunes principales de Jupiter sont également sur des orbites résonantes. L'existence de ces résonances s'explique par la formation des planètes (ou des lunes dans le cas de Jupiter) au sein d'un disque de gaz. Quand les étoiles se forment, elles sont entourées d'un disque de gaz et de poussière où se forment les planètes, par collisions entre corps solides, petits au début et qui grossissent au cours du temps. Les interactions entre les planètes en formation et le disque qui les abritent produisent une migration des orbites. Durant leur migration, les orbites peuvent alors se trouver en résonance, et rester verrouillées ainsi tout en continuant de migrer. Ainsi, pendant cette phase de disque qui dure au maximum quelques millions d'années, la migration des planètes peut produire une chaîne de résonances dont un cas extrême est le système TRAPPIST-1.

Des scientifiques1 ont montré que cette chaîne de résonances est très fragile dès lors que le disque de gaz n'est plus là pour la stabiliser : des impacts par ses astéroïdes ou des comètes peuvent briser l'harmonie de cet ensemble. Si nous observons aujourd'hui cette chaîne de résonance, c'est qu'aucune des planètes n'a subi d'impacts trop violents depuis la dissipation du disque. Pour quantifier la masse d'impacteurs qui ont pu percuter les planètes sans détruire la résonance, les auteurs de l'étude ont réalisé de nombreuses simulations numériques dans lesquelles le système est exposé à des collisions avec des populations de corps de masses et d'origines variables. Cette masse maximale d'impacteurs ainsi déterminée varie d'une planète à l'autre : pour les planètes externes, elle correspond à environ 1% de la masse des planètes mais cette valeur tombe à 0.02% pour la planète la plus interne. Les planètes avaient donc atteint leur masse finale quand le disque protoplanétaire a disparu. Cela diffère fortement du cas terrestre2 . On peut en conclure que la formation des planètes de TRAPPIST-1 a été 10-20 fois plus rapide que celle des planètes telluriques du système solaire et que l'histoire collisionnelle tardive est mieux contrainte pour les planètes de TRAPPIST-1 que pour notre propre Terre alors que l'on peut accéder à sa composition élémentaire et isotopique détaillée et que l'on peut compter (et parfois dater) les cratères lunaires. 
 

• 1Sean Raymond, du Laboratoire d'astrophysique de Bordeaux et son équipe. L’étude est publiée dans un article de Nature Astronomy.
• 2La Terre n'a atteint sa masse finale que bien après la dissipation du disque protoplanétaire. En effet, la formation de la Lune, due à une collision entre la proto-terre et une planète d'environ 10% sa masse, s'est produite après 100 millions d'années d'évolution et on estime la masse reçue par la Terre après cet impact géant n'a pas dépassé 0.5% de sa masse.