L’étude des planètes extrasolaires a conduit à des découvertes étonnantes, dont beaucoup ont défié les attentes des astronomes et remis en question nos notions sur les formes que peuvent prendre les systèmes planétaires. Par exemple, la découverte de planètes de la taille de Jupiter qui orbitent près de leurs étoiles (« Jupiters chauds ») a défié ce que les astronomes soupçonnaient des géantes gazeuses. Auparavant, le consensus général était que les géantes gazeuses se forment au-delà de la « ligne de gel » – la limite au-delà de laquelle les éléments volatils (comme l’eau) gèlent solidement – et y restent pour le reste de leur vie.
Fait intéressant, cela se produira lorsque notre soleil quittera sa phase de séquence principale et entrera dans sa phase de branche de géante rouge (RGB). Cela soulève la question de savoir ce qui arrive aux Jupiters chauds lorsque leurs étoiles mères se dilatent pour devenir des géantes rouges. À l’aide de simulations 3D avancées, une équipe de chercheurs dirigée par le consortium COMPAS (Compact Object Mergers: Population Astrophysics and Statistics) a simulé la façon dont les géantes rouges se développeront pour engloutir les Jupiters chauds. Leurs découvertes pourraient répondre à un autre mystère auquel sont confrontés les astronomes, c’est pourquoi certains systèmes binaires ont une étoile en rotation rapide avec des compositions chimiques étranges.
La recherche a été dirigée par Mike Lau, un Ph.D. étudiant à l’école de physique et d’astronomie de l’Université Monash, et d’autres membres du consortium COMPAS, un effort collaboratif pour étudier l’évolution des systèmes binaires. Ils ont été rejoints par des membres de l’ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav), du Flatiron Institute’s Center for Computational Astrophysics de l’Université de Princeton et du Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics (CfA). Leur article, « Hot Jupiter engulfment by a red giant in 3D hydrodynamics », a été accepté pour publication dans le Avis mensuels de la Royal Astronomical Society.
Comme Lau l’a expliqué à Universe Today par e-mail, le sujet de l’engloutissement de Jupiter chaud intéresse les astrophysiciens car ils pensent qu’il peut expliquer certaines des étoiles « étranges » qui ont été observées dans notre galaxie – des étoiles géantes à rotation rapide et enrichies chimiquement. L’explosion récente des découvertes d’exoplanètes a permis de tester diverses théories, y compris la possibilité que lorsque les étoiles se dilatent pour devenir des géantes rouges, les planètes qui orbitent à une distance de sécurité tournent en spirale vers le centre de l’étoile, remuant la matière stellaire dans le processus. . Dit Lau :
« C’est donc une façon d’expliquer les étoiles géantes en rotation rapide observées. De plus, tout matériau planétaire qui se détache pendant la spirale pourrait altérer la composition chimique de la surface des étoiles. Cela peut nous aider à comprendre pourquoi une petite fraction d’étoiles est observée. être anormalement riche en lithium. Enfin, nous pourrons peut-être détecter directement ce processus en recherchant des étoiles qui ont gonflé et illuminé en mangeant une planète, même si nous devrons être très chanceux pour les prendre sur le fait.
La capacité d’observer directement les engloutissements et l’effet qui en résulte sur les étoiles sera possible grâce aux télescopes spatiaux de nouvelle génération comme le James Webb et aux télescopes au sol avec des miroirs primaires de 30 mètres (~ 98 pieds). Cela comprend le télescope extrêmement grand (ELT), le télescope géant de Magellan (GMT) – tous deux en construction dans le désert d’Atacama au Chili – et le télescope de trente mètres (TMT), actuellement en construction sur le Mauna Kea, à Hawaï. En utilisant une combinaison d’optique adaptative, de coronographes et de spectromètres, ces observatoires pourront détecter directement les exoplanètes en orbite proche de leurs étoiles.
Entre-temps, Lau et ses collègues ont mené une série de simulations hydrodynamiques 3D qui ont recréé le processus d’engloutissement. Comme il l’a décrit :
« Nous avons utilisé une méthode appelée hydrodynamique des particules lissées. Cela représente l’étoile géante et Jupiter chaud comme des collections de particules qui suivent le mouvement du fluide, comme une piscine à balles mais avec des millions de balles. Cette technique a également été utilisée pour visualiser les fluides dans les jeux vidéo. et des animations. Un résultat clé de notre simulation est que le chaud Jupiter peut perdre la plupart de ses matériaux en raison de la friction lorsqu’il tourne en spirale dans l’étoile. »
À l’avenir, Lau et ses collègues espèrent que de nouvelles avancées en informatique permettront des simulations à plus haute résolution. S’ils sont confirmés, leurs résultats pourraient expliquer les étoiles à rotation rapide avec des compositions chimiques anormales dans les systèmes binaires. Ils offrent également un aperçu de ce que les futures enquêtes montreront lorsqu’ils examineront ces systèmes et leurs exoplanètes et pourront en obtenir directement des spectres.
Plus d’information:
Mike YM Lau et al, Engloutissement de Jupiter chaud par une géante rouge en hydrodynamique 3D, arXiv (2022). DOI : 10.48550/arxiv.2210.15848