Le vaisseau spatial Kepler a été prolifique dans sa recherche de planètes en dehors de notre système solaire, appelées exoplanètes, en découvrant des milliers depuis son lancement en 2009. Mais la chasse aux lunes en orbite autour de ces exoplanètes, ou exmoons, est beaucoup plus difficile. Bien qu'aucune exomoune n'ait été trouvée à ce jour, une nouvelle étude montre que la recherche n'est pas vaine.

Des chercheurs ont démontré pour la première fois qu'il est possible qu'une collision planétaire forme une lune suffisamment grande pour que Kepler puisse la détecter. La physicienne du Laboratoire national Lawrence Livermore Megan Bruk Syal et Amy Barr du Planetary Science Institute ont mené une série d'environ 30 simulations pour explorer comment divers facteurs affectent la création de la lune. À la fin, ils ont pu se concentrer sur un ensemble de conditions qui créeraient des satellites beaucoup plus gros que la lune de la Terre. L'étude – « Formation d'exomoons rocheuses massives par impact géant » – paraîtra dans le numéro de mai des avis mensuels de la Royal Astronomical Society.

"Nous ne modélisions pas quelque chose qui a été observé, " dit Syal. " Ce problème était plus abstrait, plus théorique. Ça a pris du temps, mais une fois que nous avons pu générer ces lunes massives, nous étions assez excités."

L'idée principale sur la création de la lune de la Terre est qu'un planétoïde de la taille de Mars est entré en collision avec une proto-Terre plus petite il y a environ 4,5 milliards d'années, éjectant des débris importants en orbite qui se sont consolidés en un disque et finalement en la lune. Le résultat a été un satellite qui représente environ 1,2 pour cent de la masse de la Terre. Mais pour qu'une exomoune soit suffisamment grande pour que Kepler puisse la détecter avec les techniques de transit existantes, il devrait avoir au moins 10 pour cent de la taille de la Terre, selon les critères de détection du projet « Hunt for Exomoons with Kepler ».

Des recherches antérieures sur la lune de la Terre ont pris en compte des facteurs tels que l'angle d'impact et les masses relatives des corps en collision. Au fur et à mesure que l'angle d'impact devient plus oblique, plus de matière est injectée en orbite. De la même manière, alors que les deux corps approchent de la même taille, la masse du disque augmente. Mais cette étude a révélé qu'un troisième facteur - la vitesse d'impact - joue également un rôle crucial dans la détermination de la taille d'une lune qu'un impact peut créer.

"Les recherches antérieures se sont concentrées sur un ensemble assez restreint de conditions, favorable à la formation de la lune terrestre, " a déclaré Syal. " C'est la première étude à considérer un éventail beaucoup plus large de scénarios d'impact, explorer toute la gamme de ce qui peut être possible dans d'autres systèmes planétaires. Il y a beaucoup de territoires inexplorés."

Une fois que la vitesse d'impact dépasse un certain seuil, les simulations montrent une chute brutale de la quantité de masse que le disque peut retenir. En ajustant ces trois variables, Syal et Barr ont démontré un ensemble de scénarios qui entraîneraient la création de lunes massives :une collision entre des objets de taille similaire qui sont de 2 à 7 masses terrestres, à un angle d'impact oblique, et la vitesse proche de la vitesse d'échappement peut lancer en orbite une masse suffisante pour créer un satellite suffisamment grand pour être détecté dans les données de transit de Kepler. À l'avenir, lorsque les exounes sont observées avec succès, les résultats de cette étude peuvent être utilisés pour contraindre leurs histoires de formation individuelles.