Représente-t-il une planète inconnue ?

Toutes les étoiles, y compris notre soleil, naissent d’un nuage de poussière et de gaz. Ce nuage peut également semer des planètes en orbite autour de l’étoile. Auteurs : NASA / JPL-Caltech

Seth Jacobson de l’Université nationale du Michigan et ses collègues de Chine et de France ont dévoilé une nouvelle théorie qui pourrait aider à résoudre l’énigme galactique de l’évolution de notre système solaire. Plus précisément, comment les géantes gazeuses – Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune – sont-elles arrivées là où elles se trouvent, en orbite autour du soleil comme elles le font ?

L’étude affecte également la formation de planètes telluriques telles que la Terre et la possibilité que la cinquième géante gazeuse se cache à 50 milliards de kilomètres.

“Notre système solaire n’a pas toujours ressemblé à ce qu’il est aujourd’hui. Tout au long de son histoire, les orbites des planètes ont radicalement changé”, a déclaré Jacobson, professeur agrégé au Département des sciences de la Terre et de l’environnement au Collège des sciences naturelles. “Mais nous comprenons ce qui s’est passé.”

Étude publiée dans la revue Nature Le 27 avril fournit une explication de ce qui est arrivé aux géantes gazeuses dans d’autres et dans notre système solaire.

C’est un beau modèle

Les étoiles sont nées de nuages ​​massifs et tourbillonnants de gaz et de poussière cosmiques. Lorsque notre soleil s’est allumé, le système solaire primitif était encore rempli d’un disque de gaz primordial qui jouait un rôle important dans la formation et l’évolution des planètes, y compris les géantes gazeuses.

À la fin du 20e siècle, les scientifiques ont commencé à croire que les géantes gazeuses tournaient initialement autour du Soleil sur des orbites décentes, compactes et régulièrement espacées. Cependant, Jupiter, Saturne et d’autres se trouvent depuis longtemps sur des orbites relativement allongées, obliques et dispersées.

Donc, la question pour les chercheurs en ce moment est « Pourquoi ? »

En 2005, une équipe internationale de scientifiques a proposé une réponse à cette question dans un trio historique Nature papiers. La solution a été développée à l’origine à Nice, en France, et est connue sous le nom de Nice Model. Cela présuppose qu’il y avait une instabilité entre ces planètes, un ensemble chaotique d’interactions gravitationnelles qui les ont finalement mises sur leurs trajectoires actuelles.

“C’était un changement tectonique dans la façon dont les gens pensaient au système solaire primitif”, a déclaré Jacobson.

Le modèle de Nice est toujours la principale explication, mais au cours des 17 dernières années, les chercheurs ont trouvé de nouvelles questions sur ce qui déclenche l’instabilité du modèle de Nice.

Par exemple, on pensait à l’origine que l’instabilité d’une géante gazeuse s’était produite des centaines de millions d’années après la dissipation du disque de gaz primordial qui a donné naissance au système solaire. Cependant, des preuves récentes, y compris certaines des roches lunaires trouvées lors des missions Apollo, suggèrent que cela s’est produit plus rapidement. Cela soulève également de nouvelles questions sur l’évolution du système solaire interne de la Terre.

En collaboration avec Beibei Liu de l’Université du Zhejiang en Chine et Sean Raymond de l’Université de Bordeaux en France, Jacobson a aidé à trouver une solution à l’apparition de l’instabilité. L’équipe a proposé un nouveau déclencheur.

“Je pense que notre nouvelle idée peut vraiment apaiser beaucoup de tension sur le terrain, car ce que nous avons proposé est une réponse très naturelle à l’apparition de l’instabilité d’une planète géante”, a déclaré Jacobson.

Instabilité au début du système solaire

Le rendu de l’artiste montre un hypothétique système solaire primitif avec une jeune étoile qui dégage le chemin du gaz et de la poussière laissés par sa formation. Ce nettoyage affecterait les orbites des géants en orbite autour de l’étoile. Auteurs : NASA / JPL-Caltech / T. Pyle (SSC)

Nouveau déclencheur

L’idée est née d’une conversation que Raymond et Jacobsen ont eue en 2019. Ils ont affirmé que les géantes gazeuses avaient peut-être pénétré leur trajectoire actuelle en raison de l’évaporation d’un disque de gaz primitif. Cela peut expliquer comment les planètes se sont propagées dans l’évolution du système solaire beaucoup plus tôt que le modèle de Nice ne l’avait initialement prévu, et peut-être même sans l’instabilité pour les y pousser.

“Nous nous demandions si le modèle de Nice était vraiment nécessaire pour expliquer le système solaire”, a déclaré Raymond. “Nous avons pensé à l’idée que les planètes géantes pourraient se dissiper par effet de rebond, peut-être sans jamais devenir instables.”

Raymond et Jacobsen ont alors contacté Luga, qui a été le pionnier de l’idée de cet effet de rebond grâce à de vastes simulations de disques de gaz en orbite autour de grandes exoplanètes, les planètes d’autres systèmes solaires.

“La situation dans notre système solaire est un peu différente car Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune sont répartis sur des orbites plus larges”, a déclaré Liu. “Après quelques itérations du brainstorming, nous avons réalisé que le problème pouvait être résolu si le disque de gaz se dissipait de l’intérieur.”

L’équipe a constaté que cette dispersion à l’envers donnait au modèle de Nice un déclencheur naturel d’instabilité, a déclaré Raymond.

“Nous avons renforcé le modèle niçois plutôt que de le détruire”, a-t-il déclaré. “C’était un exemple amusant de tester nos préjugés et de suivre les résultats où qu’ils mènent.”

Avec le nouveau déclencheur, l’image est la même au début de l’instabilité. Le soleil se lève toujours, entouré d’un nuage de gaz et de poussière. Une poignée de jeunes géantes gazeuses gravitent autour de l’étoile dans ses orbites propres et compactes à travers le nuage.

“Tous les systèmes solaires sont formés dans un disque de gaz et de poussière. C’est un sous-produit naturel de la formation d’étoiles”, a déclaré Jacobson. “Mais lorsque le soleil s’allume et commence à brûler son propre combustible nucléaire, il produit de la lumière solaire, réchauffant le disque et le soufflant finalement de l’intérieur vers l’extérieur.”

Cela a créé un trou croissant dans le nuage de gaz, centré sur le soleil. Au fur et à mesure que le trou grandissait, son bord balayait les orbites de chaque géante gazeuse. Selon les simulations informatiques de l’équipe, cette transition conduira très probablement à l’instabilité nécessaire d’une planète géante. Le déplacement de ces grandes planètes vers leurs orbites actuelles est également rapide par rapport aux centaines de millions d’années d’origine du modèle de Nice.

“L’instabilité se produit tôt lorsque le disque de gaz solaire se dissipe, ce qui est limité à quelques millions d’années à 10 millions d’années après la naissance du système solaire”, a déclaré Liu.

Le nouveau déclencheur conduit également au mélange du matériau du système solaire externe et du système solaire interne. La géochimie de la Terre suggère qu’un tel mélange devait avoir lieu alors que notre planète en était encore à ses balbutiements.

“Ce processus fait vraiment monter le système solaire interne et la Terre peut en sortir”, a déclaré Jacobson. “Cela correspond à peu près aux observations.” Explorer le lien entre instabilité et formation de la Terre sera l’objet des futurs travaux du groupe.







Cette animation montre les résultats d’une simulation montrant comment un nuage de poussière et de gaz en évaporation aurait pu réorganiser le système solaire. Le bord intérieur de ce nuage, représenté par une ligne grise verticale, commence près du soleil (à gauche) et passe par les orbites de Jupiter, Saturne, l’hypothétique cinquième géante gazeuse, Uranus et Neptune. Crédit : Avec l’aimable autorisation de Liu et al.

Enfin, la nouvelle explication de l’équipe s’applique à d’autres systèmes solaires de notre galaxie, où les scientifiques ont observé des géantes gazeuses en orbite autour de leurs étoiles dans la configuration que nous voyons.

“Nous ne sommes qu’un exemple du système solaire dans notre galaxie”, a déclaré Jacobson. “Nous montrons que l’instabilité est apparue d’une manière différente, plus universelle et plus cohérente.”

Planète 9 vue de l’espace

Bien que le document du groupe de travail ne le souligne pas, Jacobson a déclaré que le travail influence l’un des débats les plus populaires et parfois houleux sur notre système solaire : combien de planètes a-t-il ?

Il y a actuellement huit réponses, mais il s’avère que le modèle de Nice fonctionnait un peu mieux qu’il n’y en avait cinq dans le système solaire primitif au lieu de quatre. Malheureusement, ce modèle extra-planétaire a été éjecté de notre système solaire avec un marteau pendant l’instabilité, aidant le reste des géantes gazeuses à trouver leurs orbites.

En 2015, cependant, les scientifiques de Caltech ont trouvé des preuves qu’il pourrait encore y avoir une planète non découverte à la périphérie du système solaire, à environ 50 milliards de kilomètres du soleil, à environ 47 milliards de kilomètres de Neptune.

Jusqu’à présent, il n’y a aucune preuve concrète que cette planète hypothétique – surnommée Planète X ou Planète 9 – ou la planète “supplémentaire” du modèle niçois existe réellement. Mais s’ils le font, peuvent-ils être une seule et même chose ?

Jacobson et ses collègues ne pouvaient pas répondre directement à cette question avec leurs simulations, mais ils pouvaient faire la meilleure chose suivante. Sachant que leur déclencheur d’instabilité reproduit correctement l’image actuelle de notre système solaire, ils pourraient tester si leur modèle fonctionne mieux, en commençant par quatre ou cinq géantes gazeuses.

“Pour nous, le résultat était très similaire, en commençant par quatre ou cinq”, a déclaré Jacobson. “Si vous commencez avec cinq, vous avez plus de chances de finir avec quatre. Mais si vous commencez avec quatre, les orbites finiront mieux.”

En tout cas, l’humanité devrait bientôt recevoir une réponse. L’observatoire Vera Rubin, qui devrait être opérationnel fin 2023, devrait pouvoir repérer la planète 9 lorsqu’elle sera sortie.

“Planet 9 est très controversé, nous ne l’avons donc pas mis en évidence dans le journal”, a déclaré Jacobson, “mais nous aimons en parler avec le public.”

Cela nous rappelle que notre système solaire est un endroit dynamique qui regorge encore de secrets et de découvertes à faire.


Des simulations montrent qu’une planète de la taille de la Terre ou de Mars pourrait se cacher derrière Neptune


Plus d’information:
Beibei Liu et al., Instabilité précoce du système solaire causée par la dissipation d’un disque de gaz, Nature (2022). DOI : 10.1038 / s41586-022-04535-1

Fourni par l’Université d’État du Michigan

Devis: Instabilité au début du système solaire : représente-t-elle une planète inconnue ? (2022, 27 avril) téléchargé le 27 avril 2022 depuis https://phys.org/news/2022-04-instability-solar-portend-undiscover-planet.html

Ce document est protégé par le droit d’auteur. Sauf dans le cadre d’une transaction loyale à des fins d’étude ou de recherche privée, aucune partie ne peut être reproduite sans notre autorisation écrite. Le contenu est fourni à titre informatif uniquement.

Leave a Comment