Comment Notre Système Solaire S’Est-Il Formé ?

Si l’on observe l’Univers au moment où notre système solaire s’est formé, rien ne sort de l’ordinaire. La Voie lactée semble relativement isolée : le deuxième membre en importance d’un groupe relativement restreint de galaxies. Les petites galaxies naines fusionnent lentement et sont absorbées par des galaxies plus grandes. Tout le long de la Voie lactée, des centaines de milliards d’étoiles brillent, avec des amas de gaz qui se contractent parfois le long de ses bras en spirale pour déclencher de nouvelles vagues de formation d’étoiles. Des dizaines, voire des centaines de ces phénomènes se produisent à tout moment dans notre galaxie.

Dans l’une de ces régions de formation d’étoiles, 9,2 milliards d’années après le Big Bang, notre Soleil, nos planètes  se sont formés. Voici ce qu’il s’est passé.

Des nuages de gaz se sont contractés pour former des étoiles pendant plus de 99% de l’histoire de l’Univers, mais des systèmes comme le nôtre n’ont pas toujours été présents. Il a fallu des générations d’étoiles qui ont vécu en brûlant leur combustible et sont mortes, devenant supernova, et en explosant, ont projeté de la matière qui, par collisions avec d’autres éléments, a rempli notre galaxie des éléments lourds dont nous aurions besoin pour vivre.

Ce n’est qu’avec ces matières premières que notre système solaire a eu le potentiel de nous donner naissance. Mais il fallait aussi la réunion et la combinaison de multiples facteurs. Les galaxies spirales ont la forme d’une crêpe : le gaz qu’elles contiennent se trouve dans un disque mince, plus dense vers le centre et moins dense à l’extérieur. Les parties intérieures tournent plus que les parties extérieures. Les galaxies tournent de façon différentielle, plutôt que comme un simple disque tournant.

Les éléments les plus lourds s’enroulent de préférence vers les régions centrales, tandis que les éléments plus légers s’enroulent à la périphérie. Notre système solaire s’est formé à partir d’un nuage de gaz à peu près à mi-chemin du bord du disque, à environ 25 000 années-lumière du centre. Lorsque notre système solaire s’est formé, nous étions composés d’environ 70 % d’hydrogène et 28 % d’hélium, et seulement 2 % environ de tout le reste combiné. Pourtant, cela représente un long chemin parcouru depuis le Big Bang, où tout était fait à 75% d’hydrogène, 25% d’hélium, et pratiquement rien d’autre.

La plupart des étoiles se forment dans des galaxies comme la nôtre lorsque des nuages de gaz dans le disque passent à travers l’un des bras en spirale. Le matériau s’infiltre dans ces nuages, ce qui lui permet d’atteindre une densité encore plus grande qu’auparavant et, sous l’effet d’un effondrement gravitationnel, ces nuages de gaz, qui peuvent représenter des milliers ou des millions de fois la masse du Soleil, commencent à se fragmenter en une myriade de petits amas.

Les plus gros groupes commencent à attirer le plus de matière, et ils deviennent ensuite les plus grandes étoiles. Les groupes plus petits croissent plus lentement, et les groupes qui fusionnent ensemble verront leur croissance s’accélérer. À l’intérieur de ces régions de formation d’étoiles, une course se lance : entre la gravité, qui travaille à la formation et à la croissance des étoiles, et le rayonnement, émis par les étoiles les plus chaudes pour se réformer.

Avec le temps, il devient clair qui seront les grands gagnants : les étoiles les plus massives peuvent être des dizaines, voire des centaines de fois plu massives que notre Soleil, et peuvent émettre des milliers, voire des millions, de radiations plus lumineuses que notre propre étoile. 

La gravité reste un concurrent tenace. Elle attire le gaz dans une grande variété de régions. Alors qu’une grande nébuleuse qui forme des étoiles peut former des dizaines, voire des centaines d’étoiles de masse élevée, elle va former des centaines de fois plus d’étoiles de masse faible. Alors que les étoiles les plus brillantes, les plus chaudes et les plus bleues attirent toute l’attention dès le début, elles ne sont que de simples éclairs à l’échelle cosmique. Dans quelques millions d’années, elles seront toutes parties.

On dit que la flamme qui brûle deux fois plus brûle deux fois moins longtemps, mais pour les étoiles, c’est encore pire. Une étoile deux fois plus massive qu’une autre brûle son carburant environ huit fois plus vite. Comparée à une étoile comme notre Soleil, qui pourrait durer de 10 à 12 milliards d’années, une étoile qui est des dizaines, voire des centaines de fois plus massive, vivra pendant quelques millions d’années tout au plus.

Alors que notre système solaire primitif continue d’attirer la matière, de croître et de s’effondrer pour former une étoile centrale en orbite autour des planètes, les étoiles les plus massives qui l’entourent brûlent furieusement leur combustible, deviennent des supernovas et mettent fin à la formation des étoiles alentour. L’Univers est violent, et les régions qui forment des étoiles sont parmi les plus violentes de toutes.

Mais notre système solaire n’est pas exactement au bas de l’échelle non plus. L’amas central de matière qui se développera dans notre Soleil a commencé plus grand, plus tôt, et s’est développé plus rapidement que la grande majorité des amas qui sont présents. Si l’on observe notre Soleil aujourd’hui, et si nous le comparons à toutes les autres étoiles de l’univers, il y a quelque chose de surprenant : il est plus grand que 95 % de toutes les étoiles de l’univers.

En fait, entre 75 % et 80 % de toutes les étoiles sont des étoiles naines rouges (de classe M) : la plus petite masse, la plus froide et la plus petite classe d’étoiles qui soit. Parmi les autres étoiles, plus de la moitié font partie de la classe supérieure : K, qui est encore plus petite, moins massive et plus froide que notre Soleil. La quantité de matière qui s’est agglomérée pour nous mener à ce jour était supérieure à la moyenne en termes de masse, et typique, puisque notre planète était la seule dans ce cas.

Dans la plupart des grandes régions de formation d’étoiles que l’on trouve dans les galaxies de la Voie lactée, des milliers de nouvelles étoiles naissent. Parmi celles-ci, beaucoup seront liées ensemble dans des systèmes multi-étoiles, tandis qu’environ la moitié d’entre elles seront des étoiles simples sans autre compagnon stellaire. Un fait observé relativement récemment, en examinant les étoiles proches de la Terre, grâce à une collaboration connue sous le nom de RECONS.

Le Research Consortium On Nearby Stars (RECONS) étudie toutes les étoiles qu’il peut trouver dans un rayon de 25 parsecs (environ 81 années-lumière) et 2 959 étoiles ont été découvertes au total. Parmi celles-ci, 1533 étaient des systèmes à étoile unique, mais les 1426 restants étaient liés en systèmes binaires, trinaires ou même plus complexes.

Pourquoi notre Soleil est-il un système mono-étoile et non multi-étoiles ? On peut dire qu’il s’agit d’un pur hasard.