Quand les planètes collectent les comètes – Ciel et télescope

Les coups de pouce gravitationnels peuvent déloger les comètes des régions extérieures glacées d’un système planétaire et les envoyer sur une trajectoire de collision avec les planètes du système. Quelles planètes ces comètes entrantes sont-elles susceptibles de piéger, et qu’est-ce qu’elles sont susceptibles d’emporter ?

Ces images du télescope spatial Hubble montrent l’évolution des cicatrices sombres laissées par l’impact en 1994 de la comète Shoemaker-Levy 9 sur Jupiter.
R. Evans, J. Trauger, H. Hammel et l’équipe scientifique HST Comet et la NASA

Comètes en mouvement

Si un objet interstellaire `Oumuamua a traversé le système solaire et son arrivée a confirmé ce que de nombreux astronomes soupçonnaient depuis longtemps : l’espace regorge de débris éjectés des systèmes planétaires par les interactions gravitationnelles.

Mais les mêmes interactions gravitationnelles qui peuvent envoyer des comètes dans l’espace interstellaire peuvent à la place les diriger vers les régions intérieures des systèmes planétaires où elles sont nées. Lorsque cela se produit, les comètes peuvent entrer sur de nouvelles orbites, engloutir leur étoile hôte ou, comme l’explore la nouvelle publication, les planètes du système. Qu’est-ce qui détermine si une planète accrète des comètes qui se déplacent à proximité d’elle, et comment l’accrétion de comètes peut-elle affecter notre interprétation des spectres d’exoplanètes ?

rayures rose clair et jaune sur fond rouge foncé
L’objet interstellaire ʻOumuamua est au centre d’une exposition de cinq minutes prise avec le télescope William Herschel. En raison de la vitesse élevée de l’objet, d’autres sources dans le cadre apparaissent sous forme de traînées de lumière.
Alan Fitzsimmons (ARC, Université Queen’s de Belfast), Isaac Newton Group

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Cultivé ou dispersé ?

Une équipe dirigée par Darryl Seligman (Université de Chicago) a développé un ensemble d’équations qui prédisent quelles planètes sont les plus susceptibles de collecter des comètes entrantes. Les équations décrivent la probabilité qu’une planète ajoute une comète à son atmosphère ou disperse une comète sur une nouvelle orbite (ou hors du système entièrement) en fonction des propriétés de la planète – sa masse et sa distance orbitale – et des propriétés de la planète. comète – principalement son excentricité, qui indique à quel point son orbite est circulaire ou allongée.

L’équipe a utilisé leur mesure pour déterminer lesquelles des exoplanètes découvertes précédemment sont susceptibles d’avoir ajouté du matériel cométaire à leurs atmosphères. Seligman et ses collègues ont découvert qu’en général, les planètes classées comme Jupiter chaudes, super-Terres et sous-Neptunes sont plus susceptibles de capturer des comètes qui passent que des planètes plus froides et plus massives.

graphique montrant le rapport des comètes accrétées aux comètes dispersées en fonction du nombre de Safronov,
Le rapport des comètes accrétées aux comètes dispersées en fonction du nombre de Safronov, qui augmente avec la masse de la planète et la distance orbitale et diminue avec la masse de l’étoile hôte et le rayon de la planète. Ce graphique montre les résultats pour une planète de la taille de Jupiter en orbite autour du Soleil à différentes distances orbitales. Jupiter, WASP-77 Ab (Jupiter chaud) et HR 8799 b (planète imagée directement) sont marqués sur le tracé. Cliquez pour agrandir.
Seligman et al. L’année 2022

Composition imposante

Que signifient les exoplanètes accrétant de grandes quantités de matériel cométaire pour notre compréhension des systèmes planétaires lointains ? Potentiellement beaucoup ! On pense que la composition des planètes est liée à l’endroit du disque protoplanétaire où la planète s’est formée. Cependant, lorsque les planètes accumulent du matériel cométaire qui a la signature chimique de s’être formé loin dans le disque, les estimations du lieu de naissance de la planète basées sur la composition de son atmosphère peuvent être imprécises.

Seligman et ses collègues notent plusieurs raisons pour lesquelles leurs estimations sont probablement une limite supérieure de la quantité de matière cométaire qui s’accumule sur les planètes. Par exemple, si les comètes d’autres systèmes planétaires ont tendance à se désintégrer rapidement ou à perdre des composés volatils, la probabilité d’une rencontre exoplanète-comète et leur impact sur la composition de l’atmosphère de l’exoplanète peuvent diminuer.

nuage de points montrant le rapport des comètes accrétées aux comètes dispersées
Le rapport des comètes accrétées aux comètes dispersées de nombreuses exoplanètes observées par JWST.
Seligman et al. L’année 2022

La question est opportune car, sur la base de la métrique de l’équipe, presque toutes les exoplanètes observées par le JWST au cours de l’année prochaine pourraient avoir accrété du matériel cométaire.

Devis

“Déduire l’enrichissement en phase tardive des atmosphères d’exoplanètes à partir des comètes interstellaires observées”, Darryl Z. Seligman et al 2022 ApJL 933 L7. doi : 10.3847/2041-8213/ac786e

Ce message a été initialement publié dans AAS Nova, qui comprend les résultats de recherche des journaux de l’American Astronomical Society.

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