Uranus et Neptune se ressemblent comme deux gouttes d'eau, mais leur chimie suggère qu'elles ont été formées à partir de matériaux différents et en des lieux différents.
Une étude publiée dans Astronomy & Astrophysics estime le rapport carbone-oxygène au plus profond des deux planètes, à partir de modèles de chimie et de transport atmosphériques et d'observations du monoxyde de carbone, dont beaucoup proviennent du réseau ALMA au Chili. Ce rapport constitue une empreinte chimique du matériau à partir duquel une planète s'est formée.
Un rapport caché, mesuré indirectement
Personne ne peut prélever d'échantillons dans l'atmosphère profonde de l'une ou l'autre planète. Des couches nuageuses successives bloquent la vue directe, et seule la sonde Voyager 2 les a jamais survolées, en 1986 et 1989.
Le monoxyde de carbone offre une voie d'accès. Il se forme ou réside dans les couches profondes et est transporté vers le haut à travers les nuages jusqu'à des altitudes que les télescopes peuvent observer, si bien que sa concentration renseigne sur des régions situées bien plus bas.
L'équipe a constaté que Neptune semble nettement plus riche en oxygène qu'Uranus. Combiné aux estimations du carbone, cela donne à Neptune un rapport carbone-oxygène plus faible. Les plages de valeurs possibles se chevauchent encore, mais la différence est difficile à expliquer si les deux planètes se sont formées à partir du même mélange dans la même région du disque qui entourait le jeune Soleil.
Des cousins, pas des jumeaux
En comparant les résultats à un modèle de l'évolution chimique du système solaire primitif, les auteurs suggèrent des histoires distinctes. Uranus se serait formée relativement loin, près de son orbite actuelle. Neptune aurait commencé plus près du Soleil, dans une zone où les solides contenaient plus d'oxygène, avant de migrer vers l'extérieur.
« Uranus et Neptune se ressemblent peut-être aujourd'hui comme des jumeaux, mais leur chimie nous dit qu'elles sont plutôt des cousines aux histoires très différentes », a déclaré Olivier Mousis, du Southwest Research Institute, coauteur de l'étude.
Le résultat dépasse le cadre de deux planètes. Les mondes de cette taille représentent plus de la moitié des quelque 6 000 exoplanètes découvertes à ce jour, si bien que la manière dont les géantes de glace se forment façonne notre compréhension d'une large part des planètes connues.
Les questions ouvertes
Les auteurs précisent que le tableau n'est pas définitif. Le mélange vertical dans les atmosphères profondes reste une importante source d'incertitude, et de meilleures mesures sont nécessaires. Une mission dédiée, comme l'Uranus Orbiter and Probe, classée priorité absolue des sciences planétaires en 2023 par l'Académie nationale des sciences des États-Unis, permettrait de trancher.