Au-delà du seul satellite de la Terre (la Lune), le système solaire regorge de lunes. En fait, Jupiter possède à lui seul 79 satellites naturels connus tandis que Saturne possède les lunes les plus connues de tous les corps astronomiques - un robuste 82. Pendant longtemps, les astronomes ont émis l'hypothèse que les lunes se forment à partir de disques circumplanétaires autour d'une planète parente et que les lunes et la planète former côte à côte.
Cependant, les scientifiques ont effectué plusieurs simulations numériques qui ont montré que cette théorie était erronée. De plus, les résultats de ces simulations ne correspondent pas à ce que nous voyons dans tout le système solaire. Heureusement, une équipe de chercheurs japonais a récemment mené une série de simulations qui ont permis de mieux comprendre comment les disques de gaz et de poussière peuvent former les types de systèmes lunaires que nous voyons aujourd'hui.
Autour de planètes comme Saturne, de grandes lunes comme Titan sont associées à plusieurs petites lunes et des centaines de minuscules. La situation est la même avec Jupiter et Uranus, qui ont une poignée de gros satellites qui représentent la majorité de la masse dans le système tandis que les autres sont petits ou même minuscules en comparaison. Aucun de ces exemples ne correspond à ce que les modèles précédents de formation de la lune ont montré.
Pour remédier à cette disparité, les professeurs adjoints Yuri Fujii et Masahiro Ogihara - de l'Université de Nagoya et de l'Observatoire national d'astronomie du Japon (NAOJ), respectivement - ont dirigé un nouveau modèle de formation de la lune qui incorporait une distribution de température plus réaliste basée sur divers degrés de poussière et glace dans le disque protoplanétaire.
Ils ont ensuite effectué une série de simulations avec ce modèle qui tenait compte de la pression du gaz du disque et de l'influence que la force gravitationnelle d'autres satellites aurait. Selon leurs simulations, le modèle développé par Fujii et Ogihara permet le développement d'un système de satellites dominé par une seule grande lune - comme on le voit avec Titan et Saturne.
De plus, ils ont découvert que la poussière contenue dans un disque circumplanétaire pouvait créer une «zone de sécurité» qui empêcherait la grande lune de tomber sur la planète à mesure que le système évolue. Le scénario dans lequel cela se produit (illustré ci-dessous) se compose de quatre étapes, dont la troisième ou la quatrième se produisent dans la simulation de Fujii et Ogihara.
Dans la première étape, un disque contenant du gaz et de la poussière tourne autour de la planète au fur et à mesure de sa formation et des matières solides se condensent dans le disque. À l'étape deux, les composants solides du disque atteignent la taille du satellite dans le disque circumplanétaire. Dans la troisième étape, les orbites de ces satellites changent progressivement en raison de l'influence du gaz dans le disque.
C'est à partir de ce point que de nombreux satellites se rapprochent de la planète sur leurs orbites et finissent par y tomber. Pendant ce temps, un grand satellite avec une orbite dans une «zone de sécurité» est capable de maintenir sa distance de la planète. Dans la quatrième et dernière étape, le gaz du disque se dissipe et le satellite qui survit dans la «zone de sécurité» reste sur une orbite stable.
"Nous avons démontré pour la première fois qu'un système avec une seule grande lune autour d'une planète géante peut se former", a déclaré Fujii dans un récent communiqué de presse de la CFCA. "Il s'agit d'une étape importante pour comprendre l'origine de Titan."
Cependant, le modèle a des limites en ce qui concerne Titan et d'autres systèmes lunaires de notre système solaire - qui se sont tous formés il y a des milliards d'années avec les planètes solaires. Sur le plan positif, cela pourrait s'avérer très utile pour les astronomes qui étudient actuellement des systèmes d'exoplanètes qui sont encore en cours de formation. Comme l'explique Ogihara:
«Il serait difficile d'examiner si Titan a réellement vécu ce processus. Notre scénario pourrait être vérifié par la recherche de satellites autour de planètes extrasolaires. Si de nombreux systèmes à exomoon unique sont découverts, les mécanismes de formation de ces systèmes deviendront un problème brûlant. »
L'étude qui décrit leurs découvertes, intitulée «Formation de systèmes à une seule lune autour des géantes gazeuses», a récemment paru dans la revue Astronomie et astrophysique. Et n'oubliez pas de regarder cette vidéo
