Il y a environ 5 milliards d’années, la Terre était en train de se former. Le gaz et la poussière se sont accumulés avec le disque protoplanétaire du jeune soleil, probablement un peu poussés par l’attraction gravitationnelle résonnante de Jupiter et d’autres grands mondes. On peut imaginer que lors de sa formation, la Terre a balayé son orbite des débris, laissant un espace dans le disque visible à des années-lumière. Bien que nous sachions que cette histoire est raisonnablement exacte, l’idée selon laquelle des planètes telles que la Terre comblent toujours les lacunes d’un disque protoplanétaire ne l’est probablement pas.
Pendant des décennies, l’idée de planètes formées à partir de débris de jeunes étoiles a été étayée par des images à basse résolution de disques autour d’étoiles telles que Fomault. Le gaz et la poussière entourant les jeunes étoiles sont souvent froids et faibles, ce qui rend leur étude difficile. Mais des radiotélescopes avancés tels qu’ALMA ont désormais capturé des images détaillées de ces disques. Beaucoup d’entre eux possèdent des espaces annulaires largement exempts de débris, et certains de ces espaces contiennent des protoplanètes visibles. Ainsi, un consensus général est que les trous dans un disque indiquent la présence de planètes, même si nous ne pouvons pas les observer directement. Mais une nouvelle étude publiée dans Astronomie et astrophysique trouve que les choses sont beaucoup plus compliquées.
L’équipe a examiné des simulations à N corps des premiers disques, dans lesquelles trois à sept protoplanètes interagissent avec le gaz, la poussière et les cailloux à l’intérieur du disque. Leur modèle est suffisamment sophistiqué pour examiner non seulement comment ces planètes accumulent de la matière et se développent, mais également comment les planètes orbitales peuvent migrer via des interactions gravitationnelles et comment les interactions avec le disque peuvent modifier la forme d’une orbite ou son orientation par rapport au disque. . Ils ont simulé ces systèmes sur une période de 100 millions d’années, ce qui est suffisamment long pour étudier comment les planètes pourraient s’installer sur des orbites stables.
L’une des choses qu’ils ont découvertes est qu’au sein d’un jeune disque, cinq à sept protoplanètes développent rapidement des orbites instables. Dans leurs simulations, la stabilité s’est dissoute en 40 000 ans, ce qui représente un clin d’œil cosmique. Il faudrait beaucoup plus de temps aux planètes pour combler une brèche dans le disque. Cela signifie que là où nous voyons cinq lacunes ou plus dans un disque protoplanétaire, elles ne peuvent pas toutes être comblées par les planètes. Il est possible que les anneaux soient causés par les résonances orbitales d’une planète particulièrement grande, de la même manière que Jupiter a empêché la formation de planètes dans la ceinture d’astéroïdes.
Une autre découverte a été que les orbites planétaires peuvent migrer et se déplacer de façon spectaculaire, ce qui, une fois de plus, ne leur permettrait pas de dégager leur trajectoire orbitale. Les mondes plus petits, en particulier, passeront probablement leurs premiers jours à parcourir le disque de manière chaotique. Notre jeune Terre a probablement migré de manière significative au fur et à mesure de sa formation, passant la plupart de son temps cachée parmi les gaz et la poussière plutôt que visible dans une brèche. Cela signifie que nous ne verrons souvent pas de mondes semblables à la Terre se former dans un disque protoplanétaire, car nous ne pouvons pas les distinguer de la lueur globale du disque.
Tout cela signifie que nous ne pouvons pas établir un lien simple entre le nombre et la taille des espaces observés dans les premiers disques planétaires et le nombre et la répartition des exoplanètes que nous observons dans les systèmes stellaires évolués. La formation planétaire est une danse complexe, et même si nous connaissons certains pas, il nous reste encore beaucoup à apprendre.
Plus d’information:
Anastasia Tzouvanou et al, Est-ce que toutes les lacunes des disques protoplanétaires hébergent des planètes ?, Astronomie et astrophysique (2023). DOI : 10.1051/0004-6361/202347264