in

Certaines jeunes planètes ressemblent à des Smarties

planètes smarties
Cette image issue de simulations sur superordinateur montre comment certaines exoplanètes se forment sous forme de « Smarties aplatis » plutôt que de sphères. Crédits : Fenton et Stamatellos 2024.

Une question cruciale en astronomie contemporaine porte sur la formation des planètes, un processus étudié dans les systèmes naissants au sein desquels certains mondes émergent des disques entourant les jeunes étoiles. Cependant, notre idée du processus de formation est devenue plus complexe que prévu. Une équipe annonce en effet avoir identifié plusieurs jeunes planètes présentant une forme aplatie rappelant celle de bonbons Smarties, plutôt que des sphères.

Comment les planètes se forment-elles ?

La formation des planètes est un processus complexe qui débute avec la naissance des étoiles au sein de nuages moléculaires géants d’hydrogène. Ces nuages connaissent une variabilité naturelle qui entraîne la formation de noyaux denses de matière. Ces noyaux évoluent ensuite en protoétoiles entourées de gaz et de poussières, formant ce que l’on appelle une nébuleuse solaire.

Lorsqu’une protoétoile commence à tourner sur elle-même, la nébuleuse solaire qui l’entoure s’aplatit alors pour créer un disque protoplanétaire en rotation, le berceau potentiel des futures planètes. Deux processus théoriques sont principalement considérés pour expliquer la formation planétaire dans ce contexte : l’accrétion et la fragmentation du disque.

L’accrétion implique la formation de petits corps rocheux appelés planétésimaux au sein du disque protoplanétaire. Ils sont le résultat de la condensation de la matière présente dans le disque. Au fil du temps, ces petits corps entrent en collision et fusionnent, formant progressivement un noyau rocheux. Ce noyau en croissance continue d’accumuler de la matière à partir du disque. Une fois qu’il atteint une masse critique, il peut alors attirer et retenir une enveloppe gazeuse pour devenir une planète.

La fragmentation du disque explique quant à elle la formation rapide de géantes gazeuses sur des orbites plus larges. Des instabilités dans le disque protoplanétaire conduisent à la formation rapide d’amas massifs de matière, de la taille d’une planète. Ces amas exercent une attraction gravitationnelle significative, attirant ainsi plus de matière du disque. Au fil du temps, cela conduit à la formation de planètes massives telles que Jupiter.

planètes smarties
Le disque protoplanétaire autour d’une jeune étoile nommée HL Tauri. Crédits : ALMA

Une découverte inattendue

Notre compréhension de la formation des planètes, basée sur les théories d’accrétion et de fragmentation du disque, a récemment été remise en question par une découverte intrigante. Traditionnellement, la théorie de l’accrétion suggérait que les planètes prenaient forme sous la structure familière de sphères, le processus d’accumulation de matière les modelant progressivement en boules régulières. Cependant, une étude récemment publiée présente des preuves soutenant que ces jeunes planètes formées par instabilité de disque ne suivent pas la conception sphérique attendue. Au lieu de cela, certaines jeunes planètes (et même la majorité) adopteraient la forme de sphéroïdes aplatis comparables à des bonbons Smarties aplatis.

Les chercheurs, Adam Fenton et Dimitris Stamatellos de l’Institut Jeremiah Horrocks, ont fait cette observation en utilisant des simulations avancées pour explorer la formation des planètes par le processus d’instabilité du disque. Ces simulations ont révélé que la structure 3D de ces exoplanètes formées par instabilité dépend de divers facteurs, notamment la température du disque et la densité du gaz. Des éléments externes tels que les bras spiraux d’une galaxie et d’éventuelles fusions passées peuvent également jouer un rôle.

En définitive, cette découverte remet en question nos conceptions antérieures sur la forme des planètes en formation, et souligne la complexité du processus et l’importance de considérer divers facteurs environnementaux. Ces résultats mettent en lumière la nécessité de nouvelles recherches pour affiner notre compréhension de la formation planétaire et de la diversité des structures qui peuvent émerger au sein de jeunes systèmes stellaires.