Migration vers l'intérieur d'un groupe de protoplanètes, où elles sont représentées par des cercles blancs. Crédit image: QMUL Cliquez pour agrandir
Les astronomes pensent qu’ils maîtrisent de nombreux aspects de la formation planétaire. Selon leur modèle, les noyaux de ces planètes massives devraient être attirés vers l'intérieur par leur étoile mère en seulement 100 000 ans - pas assez de temps pour se former en orbite stable. Il se pourrait que les premières générations de planètes ne dépassent jamais le stade de «touffe» avant d'être détruites. Ce ne sont que les dernières générations qui survivent réellement assez longtemps pour devenir des planètes.
Deux astronomes britanniques, Paul Cresswell et Richard Nelson présentent de nouvelles simulations numériques dans le cadre des études difficiles de la formation du système planétaire. Ils constatent que, dans les premiers stades de la formation planétaire, les protoplanètes géantes migrent vers l'intérieur au pas serré dans l'étoile centrale. Leurs résultats seront bientôt publiés dans Astronomy & Astrophysics.
Dans un article à paraître dans Astronomy & Astrophysics, deux astronomes britanniques présentent de nouvelles simulations numériques de la formation des systèmes planétaires. Ils constatent que, dans les premiers stades de la formation planétaire, les protoplanètes géantes migrent vers l'intérieur au pas serré dans l'étoile centrale.
L'image actuelle de la formation des systèmes planétaires est la suivante: i) les grains de poussière se coagulent pour former des planétésimaux d'un diamètre pouvant atteindre 1 km; ii) la croissance galopante des planétésimaux conduit à la formation de ~ 100? Embryons planétaires de 1 000 km; iii) ces embryons se développent de manière «oligarchique», où quelques grands corps dominent le processus de formation et accrétent les planétésimaux environnants et beaucoup plus petits. Ces «oligarques» forment des planètes terrestres près de l'étoile centrale et des noyaux planétaires de dix masses terrestres dans la région de la planète géante au-delà de 3 unités astronomiques (AU).
Cependant, ces théories ne parviennent pas à décrire la formation de planètes géantes gazeuses de manière satisfaisante. L'interaction gravitationnelle entre le disque protoplanétaire gazeux et les noyaux planétaires massifs les fait se déplacer rapidement vers l'intérieur pendant environ 100 000 ans dans ce que nous appelons la «migration» de la planète dans le disque. La prédiction de cette migration rapide vers l'intérieur des protoplanètes géantes est un problème majeur, car cette échelle de temps est beaucoup plus courte que le temps nécessaire pour que le gaz s'accumule sur la planète géante en formation. Les théories prédisent que les protoplanètes géantes fusionneront dans l'étoile centrale avant que les planètes n'aient le temps de se former. Cela rend très difficile de comprendre comment ils peuvent se former.
Pour la première fois, Paul Cresswell et Richard Nelson ont examiné ce qui arrive à un amas de planètes en formation noyées dans un disque protoplanétaire gazeux. Les modèles numériques précédents ne comprenaient qu'une ou deux planètes dans un disque. Mais notre propre système solaire, et plus de 10% des systèmes planétaires extrasolaires connus, sont des systèmes à planètes multiples. Le nombre de ces systèmes devrait augmenter à mesure que les techniques d'observation des systèmes extrasolaires s'améliorent. Les travaux de Cresswell et Nelson sont la première fois que les simulations numériques incluent un si grand nombre de protoplanètes, prenant ainsi en compte l'interaction gravitationnelle entre les protoplanètes et le disque, et parmi les protoplanètes elles-mêmes.
La principale motivation de leur travail est d'examiner les orbites des protoplanètes et de savoir si certaines planètes pourraient survivre dans le disque pendant de longues périodes. Leurs simulations montrent que, dans très peu de cas (environ 2%), une protoplanète isolée est éjectée loin de l'étoile centrale, allongeant ainsi sa durée de vie. Mais dans la plupart des cas (98%), la plupart des protoplanètes sont piégées dans une série de résonances orbitales et migrent vers l'intérieur au même rythme, parfois même en fusion avec l'étoile centrale.
Cresswell et Nelson affirment ainsi que les interactions gravitationnelles au sein d'un essaim de protoplanètes noyées dans un disque ne peuvent pas arrêter la migration vers l'intérieur des protoplanètes. Le «problème» de la migration demeure et nécessite plus d'investigations, bien que les astronomes proposent plusieurs solutions possibles. Il se peut que plusieurs générations de planètes se forment et que seules celles qui se forment lorsque le disque se dissipe survivent au processus de formation. Cela peut rendre plus difficile la formation de géantes gazeuses, car le disque est épuisé du matériau à partir duquel les planètes géantes gazeuses se forment. (La formation de géants gazeux peut toujours être possible, si suffisamment de gaz se trouve en dehors des orbites des planètes, car de nouveaux matériaux peuvent balayer vers l'intérieur pour être accrétés par la planète en formation). Une autre solution pourrait être liée aux propriétés physiques du disque protoplanétaire. Dans leurs simulations, les astronomes ont supposé que le disque protoplanétaire était lisse et non turbulent, mais bien sûr, cela pourrait ne pas être le cas. De grandes parties du disque pourraient être plus turbulentes (en raison des instabilités causées par les champs magnétiques), ce qui pourrait empêcher la migration vers l'intérieur sur de longues périodes.
Ce travail rejoint d'autres études sur la formation de systèmes planétaires qui sont actuellement effectuées par un réseau européen de scientifiques. Notre vision de la façon dont les planètes se forment a radicalement changé au cours des dernières années à mesure que le nombre de systèmes planétaires nouvellement découverts a augmenté. Comprendre la formation de planètes géantes est actuellement l'un des défis majeurs pour les astronomes.
Source d'origine: Astronomie et astrophysique
