Lorsque notre soleil épuisera l’hydrogène de son noyau dans environ 5 milliards d’années, il se développera pour devenir une géante rouge, engloutissant les planètes intérieures. La dynamique et les résultats possibles de l’engloutissement planétaire sont mal compris, mais on pense qu’il s’agit d’un destin relativement courant pour les systèmes planétaires.
Une nouvelle étude utilisant des simulations hydrodynamiques révèle les forces agissant sur une planète lorsqu’elle est avalée par une étoile en expansion. Les résultats montrent que les interactions d’un corps sous-stellaire (une planète ou une naine brune) avec le gaz chaud dans l’enveloppe externe d’une étoile semblable au soleil peuvent conduire à une gamme de résultats en fonction de la taille de l’objet englouti et du stade de l’évolution de l’étoile.
L’auteur principal Ricardo Yarza de l’Université de Californie à Santa Cruz présentera les nouvelles découvertes le 13 juin 2022 lors de la 240e réunion de l’American Astronomical Society (AAS) à Pasadena.
« Les étoiles évoluées peuvent être des centaines, voire des milliers de fois plus grandes que leurs planètes, et cette disparité d’échelles rend difficile la réalisation de simulations qui modélisent avec précision les processus physiques se produisant à chaque échelle », a déclaré Yarza, étudiant diplômé en astronomie et astrophysique à UCSC. « Au lieu de cela, nous simulons une petite section de l’étoile centrée sur la planète pour comprendre le flux autour de la planète et mesurer les forces de traînée agissant sur elle. »
Les résultats peuvent aider à expliquer les observations récentes de planètes et de naines brunes en orbite étroite autour de restes stellaires tels que les naines blanches et les sous-naines. Des études antérieures ont suggéré que ces systèmes pourraient être le résultat final d’un processus d’engloutissement planétaire qui implique le rétrécissement de l’orbite du corps englouti et l’éjection des couches externes de l’étoile.
« Alors que la planète se déplace à l’intérieur de l’étoile, les forces de traînée transfèrent l’énergie de la planète à l’étoile, et l’enveloppe stellaire peut se délier si l’énergie transférée dépasse son énergie de liaison », a expliqué Yarza.
Des animations montrent l’évolution de la densité et du flux dans des simulations d’une planète intégrée dans l’enveloppe d’une étoile géante, montrant les interactions de la planète en spirale avec le gaz à proximité. Crédit : Ricardo Yarza et al.
Selon les calculs de Yarza et de ses collègues, aucun corps sous-stellaire inférieur à environ 100 fois la masse de Jupiter ne peut éjecter l’enveloppe d’une étoile semblable au soleil avant qu’elle ne se soit étendue à environ 10 fois le rayon du soleil. Aux stades ultérieurs de l’évolution et de l’expansion stellaires, cependant, l’enveloppe stellaire pourrait être éjectée par un objet aussi petit que dix fois la masse de Jupiter, ce qui réduirait son orbite de plusieurs ordres de grandeur dans le processus.
L’étude a également révélé que l’engloutissement planétaire peut augmenter la luminosité d’une étoile semblable au soleil de plusieurs ordres de grandeur pendant plusieurs milliers d’années, en fonction de la masse de l’objet englouti et du stade d’évolution de l’étoile.
Le cadre fourni par cette étude peut être incorporé dans des travaux futurs pour explorer l’effet de l’engloutissement sur la structure de l’étoile. « Notre travail peut éclairer les simulations d’engloutissement planétaire à l’échelle de l’étoile en fournissant une image de référence précise de la physique à l’échelle de la planète », a déclaré Yarza.
Une grande variété de systèmes planétaires ont maintenant été décrits par des programmes de recherche d’exoplanètes. Au fur et à mesure que ces systèmes évoluent, une fraction importante est susceptible de subir un engloutissement planétaire. « Nous pensons que c’est relativement courant », a déclaré Yarza.
Un article sur les nouvelles découvertes a été soumis pour publication dans le Journal astrophysique. Les auteurs principaux de l’article sont Enrico Ramirez-Ruiz, professeur d’astronomie et d’astrophysique, et Dongwook Lee, professeur agrégé de mathématiques appliquées, tous deux à l’UC Santa Cruz.
Ramirez-Ruiz s’est dit impressionné par le travail de Yarza sur ce projet. « Il existe de nombreux ingrédients pour réussir aux plus hauts niveaux de la recherche en astrophysique, notamment la créativité, le palais dans la sélection des questions clés, la force et l’éventail des connaissances, la capacité à communiquer les résultats scientifiques, la maîtrise technique et l’indépendance. Ricardo se distingue par le fait que son vecteur est important dans toutes ces dimensions fondamentales », a-t-il déclaré.
Hydrodynamique et capacité de survie lors de l’engloutissement planétaire post-séquence principale, arXiv:2203.11227v1 [astro-ph.SR] arxiv.org/abs/2203.11227