Une étude, dont les résultats ont été publiés dans la revue The Astrophysical Journal, a permis de proposer une solution au problème de la composition chimique d’Uranus et Neptune, fournissant ainsi des pistes pour comprendre leur formation des deux planètes gazeuses.

Uranus et Neptune, qui sont les planètes les plus éloignées du Soleil, «possèdent chacune une masse d'environ quinze fois celle de la Terre». Comme elles «sont composées jusqu'à 90% de glace et sont riches en carbone», ces caractéristiques particulières posaient le problème de leur origine.

En effet, «les observations du Système Solaire externe et les modèles antérieurs décrivant la formation des deux planètes ne permettaient pas d’expliquer comment celles-ci se sont formées dans la zone où elles se trouvent aujourd’hui».

Plus précisément, cette zone éloignée du Soleil «ne contenait pas assez de blocs de construction pour former Uranus et Neptune suffisamment vite avant la dissipation de la nébuleuse primordiale», car une fois la nébuleuse dissipée, il est «impossible pour les deux planètes de mettre en place leurs enveloppes gazeuses».

Dans le cadre de l'étude ici présentée, une solution vient d'être proposée à la suite d'observations récentes de l'Observatoire spatial Herschel portant sur «la composition isotopique d’Uranus et de Neptune et, en particulier, la mesure du rapport deutérium sur hydrogène (D/H)».

Le rapport isotopique D/H, «un traceur utilisé en planétologie pour connaître l’origine des éléments ayant formés le Système Solaire», est «très sensible à la température de la nébuleuse primordiale» (faible à des distances proches du Soleil, il augmente à des distances plus élevées).

Alors que «les modèles dynamiques suggèrent qu’Uranus et Neptune se sont formées dans la même zone lointaine que les comètes, et donc devraient posséder un rapport D/H élevé», les mesures d’Herschel «montrent de manière surprenante que le rapport D/H dans les deux planètes est très inférieur à celui mesuré dans toutes les comètes».

Dans ce contexte, le nouveau modèle proposé, «basé sur des simulations détaillées de la distribution et du transport des éléments volatiles les plus abondants dans la nébuleuse primordiale du Système Solaire (H2O, CO et N2)» résout tous les problèmes rencontrés à la fois.

Comme ces simulations «montrent la présence de 'pics' de densités de solides dans des régions où la température de la nébuleuse devient suffisamment basse pour permettre à un élément gazeux de se condenser (ou lignes de glace)», il apparaît que Uranus et Neptune «se seraient formées au niveau de la ligne de glace du monoxyde de carbone (CO), ce qui expliquerait qu’elles soient constituées de solides riches en carbone mais appauvris en azote» (du fait que «la ligne de glace de l'azote se trouve légèrement plus loin»).

De plus, ce scénario, qui étend à Uranus et Neptune pour la ligne de glace CO, l'hypothèse bien connue de la formation de Jupiter sur la ligne de glace de l'eau, pourrait être un premier pas vers la généralisation de ce mécanisme pour les autres planètes géantes gazeuses.