Des chercheurs des universités de Berne et de Zürich et de l'ETH Zürich montrent comment Jupiter s'est formée. Les données recueillies sur les météorites avaient indiqué que la croissance de la planète géante avait été retardée de 2 millions d'années. Maintenant, les chercheurs ont trouvé une explication :les collisions avec des roches de la taille d'un kilomètre ont généré une haute énergie, ce qui signifie que dans cette phase, pratiquement aucune accumulation de gaz n'a pu avoir lieu, et la planète ne pouvait que croître lentement.

Avec un diamètre d'équateur d'environ 143, 000 kilomètres, Jupiter est la plus grosse planète du système solaire et a 300 fois la masse de la Terre. Le mécanisme de formation de planètes géantes comme Jupiter est un sujet très débattu depuis plusieurs décennies. Maintenant, Les astrophysiciens du Pôle national suisse de recherche (PRN) PlanetS des universités de Berne et de Zürich et de l'ETH Zürich ont collaboré pour expliquer les énigmes précédentes sur la formation de Jupiter. Les résultats de la recherche ont été publiés dans Astronomie de la nature .

"Nous pourrions montrer que Jupiter a grandi dans différents, phases distinctes, " explique Julia Venturini, post-doctorat à l'Université de Zurich. "Ce qui est particulièrement intéressant, c'est que ce ne sont pas le même genre de corps qui apportent de la masse et de l'énergie, " ajoute Yann Alibert, Responsable scientifique de PlanetS et premier auteur de l'article. D'abord, l'embryon planétaire s'est rapidement accrété petit, cailloux centimétriques et construit rapidement un noyau au cours de son premier million d'années. Les 2 millions d'années suivantes ont été dominées par une accrétion plus lente de des roches de la taille d'un kilomètre appelées planétésimaux. Ils ont frappé la planète en croissance avec une grande énergie, dégageant de la chaleur. « Au cours de la première étape, les cailloux ont apporté la masse, " explique Yann Alibert. " Dans la seconde phase, les planétésimaux ont également ajouté un peu de masse, mais plus important, ils ont apporté de l'énergie." Après 3 millions d'années, Jupiter était devenu un corps de 50 masses terrestres. La troisième phase de formation a été dominée par une accrétion de gaz incontrôlable, menant à une géante gazeuse de plus de 300 masses terrestres.

Système solaire divisé en deux parties

Le nouveau modèle de la naissance de Jupiter correspond aux nouvelles données météoritiques présentées lors d'une conférence aux États-Unis l'année dernière. En premier, Julia Venturini et Yann Alibert ont été perplexes en entendant les résultats. Les mesures de la composition des météorites ont montré qu'à l'ère primordiale du système solaire, la nébuleuse solaire a été divisée en deux régions sur 2 millions d'années. On pourrait donc conclure que Jupiter a agi comme une sorte de barrière lorsqu'elle est passée de 20 à 50 masses terrestres. Au cours de cette période, la planète en formation a dû perturber le disque de poussière, créant une surdensité qui a piégé les cailloux en dehors de son orbite. Par conséquent, les matériaux des régions extérieures ne pouvaient pas se mélanger avec les matériaux des régions intérieures jusqu'à ce que la planète atteigne une masse suffisante pour perturber et disperser les roches vers l'intérieur.

"Comment a-t-il pu mettre 2 millions d'années à Jupiter pour passer de 20 à 50 masses terrestres ?" demanda Julia Venturini. "Cela a semblé beaucoup trop long. C'était la question déclenchante qui a motivé notre étude."

Une discussion par e-mail a commencé entre les chercheurs du PRN PlanetS des universités de Berne et de Zürich et de l'ETH Zürich, et la semaine suivante, experts dans les domaines de l'astrophysique, la chimie spatiale et l'hydrodynamique ont organisé une rencontre à Berne. "Dans deux heures, nous savions ce que nous devions calculer pour notre étude, » précise Yann Alibert :« Cela n'a été possible que dans le cadre du PRN, qui relie des scientifiques de divers domaines."

Avec leurs calculs, les chercheurs ont montré que la période pendant laquelle la jeune planète avait une masse comprise entre 15 et 50 masses terrestres était beaucoup plus longue qu'on ne le pensait auparavant. Au cours de cette phase de formation, les collisions avec les roches de la taille d'un kilomètre ont fourni suffisamment d'énergie pour chauffer l'atmosphère gazeuse du jeune Jupiter et ont empêché un refroidissement rapide, contraction et une nouvelle accumulation de gaz. "Les cailloux sont importants dans les premières étapes pour construire un noyau rapidement, mais la chaleur fournie par les planétésimaux est cruciale pour retarder l'accrétion de gaz afin qu'elle corresponde à l'échelle de temps donnée par les données météoritiques, " ont écrit les astrophysiciens. Ils sont convaincus que leurs résultats fournissent des éléments clés pour résoudre d'autres problèmes de longue date concernant la formation d'Uranus et de Neptune et des exoplanètes dans ce régime de masse.