Les astronomes ont développé le modèle de formation de planètes le plus réaliste dans les systèmes d'étoiles binaires à ce jour.
Des chercheurs de l'Université de Cambridge et de l'Institut Max Planck de physique extraterrestre ont montré comment des exoplanètes dans des systèmes d'étoiles binaires, découvertes par le télescope spatial Kepler, ont émergé sans être détruites dans un environnement de naissance chaotique.
Ils ont étudié un type de système binaire dans lequel une étoile compagne plus petite orbite autour d'une étoile parente plus grande environ une fois tous les 100 ans - notre plus proche voisin, Alpha Centauri, est un exemple d'un tel système.
"Un tel système serait l'équivalent d'un deuxième Soleil à la place d'Uranus, ce qui rendrait notre système solaire complètement différent", a déclaré le co-auteur Roman Rafikov du département de mathématiques appliquées et de physique théorique de Cambridge.
Lui et son co-auteur Kidron Silsby du Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics ont découvert que les planétésimaux - des blocs de construction planétaires qui tournent autour d'une jeune étoile - doivent commencer à au moins 10 kilomètres de diamètre pour former des planètes dans ces systèmes, et un disque de poussière , la glace et le gaz entourant l'étoile, à l'intérieur duquel se forment les planètes, devraient être relativement ronds.
L'étude porte l'étude de la formation planétaire dans les systèmes binaires à un nouveau niveau de réalisme et explique comment de telles planètes, dont beaucoup ont été découvertes, ont pu se former.
On pense que la formation planétaire commence par un disque protoplanétaire composé principalement d'hydrogène, d'hélium et de minuscules particules de glace et de poussière, en orbite autour de la jeune étoile. Selon la théorie dominante actuelle de la formation planétaire, connue sous le nom d'accrétion de noyau, les particules de poussière se collent les unes aux autres, formant finalement des solides de plus en plus gros.
Si le processus s'arrête prématurément, le résultat sera une planète rocheuse semblable à la Terre. Si la planète devient plus grosse que la Terre, alors sa gravité est suffisante pour piéger une grande quantité de gaz du disque, ce qui conduira à la formation d'une géante gazeuse similaire à Jupiter.
"Cette théorie est logique pour les systèmes planétaires formés autour d'une seule étoile, mais la formation planétaire en binaires est plus difficile car l'étoile compagnon agit comme un batteur à œufs géant, activant dynamiquement le disque protoplanétaire", expliquent les scientifiques.
« Dans un système à une seule étoile, les particules du disque se déplacent à faible vitesse, de sorte qu'elles se collent facilement les unes aux autres lorsqu'elles entrent en collision, ce qui leur permet de se développer. Mais en raison de l'effet gravitationnel de « battement d'œufs » d'une étoile compagnon dans un système binaire, les particules solides entrent en collision les unes avec les autres à une vitesse beaucoup plus élevée. Par conséquent, lorsqu'ils entrent en collision, ils se détruisent l'un l'autre."
De nombreuses exoplanètes ont été vues dans des systèmes binaires, la question a donc toujours été de savoir comment elles s'y sont formées. Certains astronomes ont même suggéré que ces planètes flottaient peut-être dans l'espace interstellaire et, par exemple, étaient absorbées par la gravité du système binaire.
Les scientifiques ont effectué une série de simulations pour aider à résoudre ce casse-tête. Ils ont développé un modèle mathématique détaillé de la croissance des planètes dans un système binaire qui utilise des données physiques réalistes et prend en compte des processus souvent négligés, tels que l'effet gravitationnel d'un disque de gaz sur le mouvement des planétésimaux à l'intérieur.
"Le disque est connu pour affecter directement les planétésimaux par le biais de la résistance au gaz, agissant comme une sorte de vent", expliquent les chercheurs. "Il y a quelques années, nous avons réalisé qu'en plus de la résistance aux gaz, la gravité du disque lui-même modifie considérablement la dynamique des planétésimaux, permettant dans certains cas aux planètes de se former même face aux perturbations gravitationnelles causées par le compagnon stellaire."
Le modèle a montré que les planètes peuvent se former dans des systèmes binaires tels qu'Alpha Centauri, à condition que les planétésimaux aient initialement une taille d'au moins 10 kilomètres et que le disque protoplanétaire lui-même soit presque rond, sans déviations sérieuses. Lorsque ces conditions sont remplies, les planétésimaux de certaines parties du disque finissent par se déplacer assez lentement les uns par rapport aux autres pour se coller les uns aux autres plutôt que de se détruire.
Ces données soutiennent un mécanisme spécial de formation planétésimal, appelé instabilité de flux, qui fait partie intégrante du processus de formation planétaire. Cette instabilité est un effet collectif, impliquant de nombreuses particules solides en mouvement en présence de gaz, qui est capable de concentrer des particules de poussière allant des cailloux aux rochers pour produire plusieurs gros planétésimaux qui survivront à la plupart des collisions.
Les résultats de ce travail fournissent des informations importantes pour les théories de la formation planétaire autour des étoiles binaires et uniques, ainsi que pour la modélisation hydrodynamique des disques protoplanétaires dans les systèmes binaires.
À l'avenir, ce modèle pourra être utilisé pour expliquer l'origine des planètes de type Tatooine - des exoplanètes en orbite autour des deux composants du système binaire.
2021-07-28 14:36:42
Auteur: Vitalii Babkin