Où les planètes géantes de glace se sont-elles formées ? – Ciel & Télescope

Reconstituer les événements qui ont conduit à la configuration actuelle des planètes du système solaire est une tâche formidable. Les mouvements pérennes ordonnés ont émergé des conditions agitées au sein du disque protoplanétaire nouveau-né, marqués par de violentes collisions et des migrations radiales de protoplanètes en formation. Planète par planète, les scientifiques ont tenté de reconstituer les pièces du puzzle. Comment Uranus et Neptune, les planètes les plus éloignées du système solaire, s’intègrent-elles ?

Les deux géantes de glace sont probablement les planètes les plus énigmatiques du système solaire. Leurs distances (respectivement 20 et 30 fois la distance de la Terre au Soleil) et leur régime de masse unique (entre celui des géantes gazeuses et celui des planètes telluriques) défient les modèles. Les scientifiques ne savent pas comment ni où les deux planètes se sont formées, mais des preuves ont jusqu’à récemment suggéré qu’Uranus et Neptune n’auraient pas pu se former là où elles se trouvent aujourd’hui.

Maintenant, une nouvelle étude contredit ces arguments, affirmant que les planètes pourraient, en fait, s’être formées à leur emplacement actuel. Le résultat intrigant, à paraître dans Le Journal Astrophysique (preprint disponible ici), fournit une alternative au scénario de migration.

“Je ne dis pas qu’ils ne se sont pas formés plus loin ; ils auraient également pu se former plus loin”, déclare Ravit Helled, membre de l’équipe d’étude (Université de Zurich, Suisse). “Mais on ne peut plus dire qu’ils ne peuvent pas se former sur place – Oui, ils peuvent! “

Des cailloux à la rescousse

L’image actuelle de la formation des planètes ressemble à ceci : les planètes se rassemblent à partir d’un disque protoplanétaire composé de grains de gaz et de poussière. Les grains entrent en collision et se transforment en cailloux, atteignant des tailles centimétriques. Dans certaines conditions, les cailloux s’agglutinent davantage en planétésimaux avec des tailles caractéristiques d’une centaine de kilomètres et finalement en noyaux planétaires.

Si les noyaux atteignaient une masse suffisamment importante, ils commenceraient à collecter du gaz à partir du disque. Les planètes géantes ont donc dû se former en quelques millions d’années, avant que le disque gazeux ne se dissipe. Cependant, la croissance planétésimale était plus lente plus loin que le Soleil. A leurs distances actuelles, Uranus et Neptune n’auraient pas eu le temps de grandir, selon ce scénario.

Mais ce scénario néglige le rôle des cailloux dans la construction d’une planète. Les cailloux auraient dérivé vers l’intérieur depuis la périphérie du système solaire vers le Soleil, et sur leur chemin ils auraient nourri des embryons planétaires. Avec un apport constant de galets, les noyaux d’Uranus et de Neptune auraient pu atteindre la masse nécessaire bien avant que le gaz du disque ne se soit dissipé.

“Le problème d’échelle de temps de formation qui était là depuis très longtemps, de mon point de vue, n’existe plus”, déclare Helled.

L’équipe de Helled a exécuté 24 versions de leur simulation, en suivant l’accrétion de cailloux ainsi que d’hydrogène et d’hélium gazeux sur un seul noyau planétaire massif. Quelques versions pourraient reproduire la masse totale de la géante ainsi que la masse de son enveloppe gazeuse.

Cependant, les scientifiques ont également découvert que les planètes dans la plupart des scénarios de simulation manquaient d’éléments lourds, jusqu’à 3 masses terrestres. Des impacts géants pourraient vraisemblablement avoir fourni cette masse manquante, suggère l’équipe, car les impacts sont déjà connus pour avoir joué un rôle important dans la formation de nombreuses (sinon toutes) les planètes du système solaire.

La nouvelle étude retrace la croissance des deux planètes individuellement. Cependant, Helled dit qu’ils devraient améliorer cette approche simplifiée et examiner la formation simultanée des deux et finalement des quatre planètes géantes.

Pas si simple!

Le planétologue André Izidoro (Rice University), qui n’a pas participé à l’étude, prévient que la migration est difficile à éviter. “Au fur et à mesure que les planètes grandissent, en particulier lorsqu’elles deviennent plus grandes qu’une masse terrestre ou martienne, elles commencent à se déplacer”, explique Izidoro.

En effet, des simulations ont démontré qu’Uranus et Neptune auraient pu se former à partir d’une série de collisions entre protoplanètes en migration. Alors, quel scénario décrit ce qui s’est réellement passé ?

Les traces chimiques directes de migration sont difficiles à trouver, mais la configuration planétaire elle-même fournit quelques indices. Par exemple, une population de planétésimaux au-delà de l’orbite de Neptune, connue sous le nom de ceinture de Kuiper, se regroupe à certaines distances du Soleil. Les scientifiques soupçonnent qu’une grande partie de cette structure est apparue à la suite de la migration de Neptune.

De nombreuses questions restent ouvertes sur Uranus et Neptune, car elles manquent de l’examen minutieux que nous avons fait des autres planètes. On ne connaît pas précisément les masses de leurs enveloppes gazeuses, par exemple, qui font partie des nombreux ingrédients des simulations de leur formation. Bien qu’une mission auprès des géants de la glace qui répondrait à des questions comme celles-ci ait été envisagée, rien n’est encore sorti de la planche à dessin.

Indépendamment de ce qu’une telle mission trouvera, la réponse finale à la question de l’origine des géants de glace réunira probablement toutes sortes de processus et de scénarios différents. Comme Helled et Izidoro l’ont répété à plusieurs reprises : C’est compliqué.

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