Une nouvelle théorie élégante explique l'origine de la ceinture d'astéroïdes

En ce qui concerne la formation des planètes, la pensée conventionnelle nous accompagne depuis plus de 40 ans. Ça se passe comme ça : des morceaux de roche et de poussière s'agglutinent pour former des planètes rocheuses qui attirent ensuite les gaz qui forment leur atmosphère. Les géantes gazeuses se forment lorsque ces noyaux rocheux atteignent au moins dix fois la taille de la Terre et peuvent ainsi attirer d'énormes enveloppes gazeuses.

Il y a de nombreux problèmes avec ce modèle, dont le moindre n'est pas d'expliquer comment des morceaux de roche de la taille d'un mètre finissent par se coller les uns aux autres après s'être écrasés les uns contre les autres au hasard. Ensuite, il y a le problème de la rotation planétaire. Si les planètes se forment à partir de l'agrégation aléatoire de roche et de poussière, pourquoi presque toutes tournent-elles dans le même sens ? Certes, leurs rotations devraient être distribuées au hasard.

Mais au cours des derniers mois, divers astrophysiciens ont commencé à discuter d'une autre idée qui résout ces problèmes. Aujourd'hui, Sergei Nayakshin de l'Université de Leicester au Royaume-Uni rend bien compte de cette nouvelle façon de penser.

La nouvelle approche bouleverse le modèle conventionnel. La formation des planètes commence à des distances supérieures à 50 UA de l'étoile mère, lorsque des variations aléatoires de la densité du nuage de gaz protoplanétaire commencent à attirer plus de gaz et à croître ainsi sous la force de gravité.

À l'intérieur de ces amas lâches, appelés embryons de planètes géantes, tout matériau rocheux s'agrège au centre pour former un noyau rocheux. Ces noyaux tournent tous dans le même sens que le nuage de gaz d'origine car ils proviennent de l'effondrement gravitationnel du nuage plutôt que de collisions aléatoires.

Au fur et à mesure que les noyaux se forment, les planètes embryonnaires interagissent avec le nuage de gaz de l'étoile mère, les faisant spiraler vers l'intérieur. Les astronomes savent depuis longtemps que les énormes atmosphères gazeuses sont instables à des distances inférieures à un rayon critique en raison de divers facteurs, tels que les forces de marée et l'irradiation du Soleil. Ainsi, lorsque les planètes embryonnaires se rapprochent plus que ce rayon critique, elles perdent leurs enveloppes de gaz laissant derrière elles des planètes rocheuses terrestres comme la nôtre.

Incidemment, au rayon critique, les planètes inspiratrices rejettent non seulement le gaz mais aussi tous les solides encore mélangés dans leurs atmosphères extérieures. Ce rayon correspond à la ceinture d'astéroïdes de notre système. Cette nouvelle réflexion explique pour la première fois comment la ceinture s'est formée et pourquoi elle sépare les géantes gazeuses des planètes telluriques.

Les géantes gazeuses comme Jupiter sont des embryons planétaires qui ne s'étaient tout simplement pas rendus aussi loin vers le Soleil lorsque la dynamique orbitale s'est installée dans le système relativement stable que nous avons maintenant.

Une caractéristique impressionnante de ce modèle est qu'il rend naturellement compte de la structure du système solaire, avec les géantes gazeuses distantes séparées des planètes rocheuses intérieures par une ceinture d'astéroïdes. Aucun autre modèle ne fait cela avec autant d'élégance. C'est cette élégance qui a attiré tant d'attention sur elle si rapidement.

Ce qui est curieux à propos de cette nouvelle pensée, c'est qu'aucun des mécanismes sur lesquels elle s'appuie n'est une nouvelle idée. Mais dans le passé, chacun a été suggéré puis rejeté.

Par exemple, l'idée que les planètes telluriques sont des géantes gazeuses ayant perdu leur enveloppe gazeuse a été avancée pour la première fois il y a plus de 30 ans. Les astronomes l'ont abandonné après que divers calculs ont montré que les géantes gazeuses ne pouvaient pas se former près d'une étoile où l'on trouve aujourd'hui des planètes rocheuses.

Et l'idée que les planètes peuvent migrer sur de grandes distances dans un système planétaire existe également depuis des années.

Ce qui est nouveau, c'est la réorganisation de ces processus afin que les géantes gazeuses se forment d'abord, puis migrent, perdant leur atmosphère à mesure qu'elles se rapprochent de l'étoile mère. Tout d'un coup, cela semble évident.

Il y a encore du travail à faire, bien sûr. Nayakshin souligne que le nouveau modèle ne prend pas encore en compte des structures telles que la ceinture de Kuiper, le nuage d'Oort ne peut pas expliquer la composition des comètes.

Mais il y a un sentiment d'enthousiasme à propos de cette idée qui lui donne un élan considérable dans la communauté. Vous pouvez être sûr que les astronomes se pencheront sur les détails pendant que j'écris. Attendez-vous à en entendre davantage dans les mois à venir.

Réf : arxiv.org/abs/1012.780 : Une nouvelle vue sur la formation de la planète

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