2024-02-12 23:13:57
La formation des planètes ne se déroule pas toujours comme nous l’imaginons dans nos têtes.
De nouvelles simulations montrent que de grandes planètes qui se forment assez loin de leurs étoiles hôtes commencent leur vie non pas comme une sphère nette, mais plutôt comme un disque aplati comme une crêpe moelleuse ou un M&M – une forme appelée sphéroïde aplati. Au fur et à mesure de leur rotation, ces protoplanètes attirent progressivement de la matière, pour finalement prendre la forme ronde plus familière de Jupiter ou d’un gobstopper. (Ne mentez pas, vous mangeriez un bol de Jupiter.)
La découverte des astrophysiciens Adam Fenton et Dimitris Stamatellos de l’Université de Central Lancashire met en lumière la myriade de façons différentes de faire croître une planète, dans le disque turbulent de poussière et de gaz qui tourbillonne autour d’un bébé étoile.
«Nous étudions la formation des planètes depuis longtemps, mais jamais auparavant nous n’avions pensé à vérifier la forme des planètes au fur et à mesure de leur formation dans les simulations. Nous avions toujours supposé qu’elles étaient sphériques», explique Stamatellos.
«Nous avons été très surpris qu’il s’agisse de sphéroïdes aplatis, assez semblables à des smarties !»
Bien que nous ayons découvert de nombreuses planètes dans la Voie lactée – plus de 5 500 confirmées à ce jour – la manière dont elles se forment n’est pas tout à fait claire. Lorsqu’une étoile naît, elle se forme à partir d’un amas dans un énorme nuage dense de gaz et de poussière dans l’espace ; cette touffe s’effondre sous l’effet de la gravité et commence à tourner. Le matériau qui l’entoure forme un disque qui s’enroule dans le bébé étoile, nourrissant ainsi sa croissance.
Ce disque ne finit pas entièrement par tomber sur l’étoile. Ce qui reste forme les autres éléments qui composent un système planétaire : les planètes, les comètes, les astéroïdes, les lunes.
Mais comment la matière du disque s’assemble-t-elle ? Pour les planètes telluriques plus petites comme la Terre, Vénus, Mars et Mercure, les scientifiques pensent qu’elles se construisent progressivement à partir de l’accrétion de morceaux de roche qui se collent les uns aux autres et s’accumulent jusqu’à ce que vous obteniez, eh bien, une planète.
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Pour les plus grandes géantes gazeuses, les scientifiques pensent que ce qu’on appelle une instabilité du disque pourrait se produire. C’est à ce moment-là que le disque qui refroidit rapidement autour de l’étoile se brise en morceaux qui se condensent sous l’effet de la gravité et se transforment en planètes.
C’est une idée intéressante, car elle peut expliquer des planètes difficiles à rationaliser selon la théorie de l’accrétion, telles que des planètes beaucoup plus grandes que prévu pour leur étoile, des planètes situées sur de larges séparations orbitales ou de grandes planètes qui se forment rapidement.
Fenton souhaitait mieux comprendre le processus de formation des planètes par instabilité du disque. Il a donc conçu et exécuté des simulations complexes, peaufinant différents aspects du processus, tels que la densité du gaz, la température et la vitesse du disque.
« Il s’agissait d’un projet informatique extrêmement exigeant, nécessitant un demi-million d’heures de processeur sur le DiRAC britannique. [Distributed Research using Advanced Computing] Installation de calcul haute performance», déclare Fenton. «Mais les résultats étaient étonnants et en valaient la peine !»
Simulation de quatre protoplanètes se formant sous instabilité de disque autour de leur étoile. Les planètes et les étoiles sont marquées d’un point noir, le rouge représentant les zones à plus forte densité. (Fenton et Stamatellos, arXiv, 2024)
Ces résultats ont révélé que les protoplanètes géantes gazeuses forment d’abord une forme aplatie lorsqu’elles tournent – ce qui, compte tenu de la force centrifuge impliquée et du fait que la protoplanète est encore une collection de matière relativement lâche à ce stade, est logique. Même les planètes du système solaire, bien formées et beaucoup plus compactes, présentent des renflements centrifuges autour de leurs équateurs.
La simulation suggère également que la matière s’accumule sur la protoplanète en croissance, principalement aux pôles plutôt qu’autour de l’équateur.
On ne sait pas exactement ce que cette découverte signifie pour le modèle d’accrétion du noyau, mais la recherche suggère que les propriétés d’une protoplanète intégrée dans un disque stellaire pourraient sembler varier en fonction de l’angle de vue.
De côté, la forme de la crêpe est plus évidente, mais vue du dessus, il est facile de confondre la forme ronde avec une sphère. Nous sommes de mieux en mieux capables de repérer ces planètes en développement. Il est donc important, disent les chercheurs, de comprendre comment interpréter ce que nous observons.
La recherche a été acceptée dans Lettres d’astronomie et d’astrophysiqueet est disponible sur arXiv.
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