Des simulations détaillées de la formation planétaire révèlent comment de minuscules grains de poussière se transforment en planètes géantes et pourraient faire la lumière sur l'endroit où trouver de nouveaux mondes semblables à la Terre.

Les scientifiques pensent que les planètes se forment à partir de disques de gaz en rotation qui entourent les étoiles nouvellement formées, appelés disques proto-planétaires. Les objets de la taille d'un caillou dans ces disques s'agglutinent ensuite pour former des noyaux de planètes potentielles.

Le professeur Anders Johansen de l'Université de Lund en Suède, est allé jusqu'au niveau des noyaux atomiques et des molécules pour essayer de comprendre comment les particules de poussière cosmique se collent dans les cailloux et se transforment ensuite en bébés planètes, appelés planétésimaux.

« La formation de la planète a lieu lorsque ces particules de poussière entrent en collision, et ils poussent à des tailles de plus en plus grandes, " dit-il. " Cette croissance nous prend alors des micromètres, jusqu'à 10, 000 kilomètres environ."

Un indice sur la façon dont cette poussière se transforme en cailloux peut être trouvé sur Terre dans des météorites - des morceaux d'astéroïdes qui sont des restes de la formation du système solaire.

"Il y a un mystère là-dedans, " a déclaré le professeur Johansen. " Si vous regardez à l'intérieur d'un astéroïde, tu trouves des cailloux millimétriques, ce qui est bien. Mais le problème avec ces cailloux, c'est qu'ils ne sont pas ce que nous attendons d'eux. Nous nous attendrions à ce qu'ils soient des agrégats de poussière pelucheuse, un peu comme si vous aviez un bac à sable après la pluie, et vous pouvez ramasser un morceau de sable desséché qui est très fragile, " il a dit.

Au lieu, les cailloux sont sphériques et durs, comme s'ils avaient été chauffés et refroidis - comme des objets qui ont été frappés par la foudre.

« La foudre a lieu lorsque les nuages ​​​​d'orage déchargent leur charge électrique au sol, " a déclaré le professeur Johansen. " Cette décharge est très similaire au choc que vous ressentez à cause de l'électricité statique lorsque vous enfilez un pull. "

Le professeur Johansen a théorisé qu'il doit y avoir un mécanisme lors de la formation de la planète qui crée des particules chargées positivement et négativement, et lui et son équipe ont enquêté sur ce que c'était.

"Alors qu'un nuage d'orage obtient une différence de charge entre son sommet et sa base en tombant des particules de grêle, nous avons découvert que dans le disque protoplanétaire, la désintégration d'un élément radioactif appelé Aluminium-26 est très efficace pour charger les nuages ​​de poussière, " il a dit.

Composition chimique

La découverte faisait partie d'un projet appelé PLANETESYS, qui utilise des simulations informatiques pour reproduire les processus physiques qui se déroulent lorsque les planètes se forment - de la poussière à un système planétaire. Il comprend des détails sur la composition chimique de chaque galet.

Une chose que le professeur Johansen peut examiner en examinant cette composition chimique est la façon dont les planètes accumulent de l'eau - un ingrédient vital pour la vie.

"Une question évidente est, « Combien d'eau une planète reçoit-elle ? » Nous pouvons commencer à spéculer sur s'il est normal d'obtenir la quantité d'eau de la Terre, si c'est beaucoup d'eau ou un peu. Mais peut-être que vous pouvez aussi avoir trop d'eau, ce qui peut être bon pour la vie mais pas bon pour les civilisations, " il a dit.

Dr Bertram Bitsch de l'Institut Max Planck d'Astronomie à Heidelberg, Allemagne, dit que mieux comprendre comment les planètes apparaissent aiderait à identifier des planètes potentiellement habitables ailleurs dans l'univers.

"Si vous comprenez mieux (sur) le processus de formation de la façon dont nous pouvons créer un système comme le système solaire, alors nous pouvons peut-être faire des prédictions (sur) la fréquence à laquelle ces systèmes existeraient et à quel point il serait courant de trouver des planètes semblables à la Terre (en orbite) d'autres étoiles."

"Puis, si nous voyons une certaine composition du système… cela pourrait nous permettre de voir qu'il pourrait y avoir des planètes habitables dans ces systèmes."

Recette

Le Dr Bitsch pense qu'il connaît peut-être la recette pour que les systèmes solaires se retrouvent avec des planètes semblables à la Terre. Avec un mélange minutieux de conditions, d'où se forment les bébés planètes, à leur composition chimique et à leurs interactions gravitationnelles, il peut essayer de modéliser les conditions pour générer des systèmes solaires avec des planètes habitables.

Mais trouver la bonne recette nécessite de revenir en arrière après avoir exécuté de nombreuses simulations avec une puissance de supercalcul complexe, ce qu'il fait dans un projet appelé PAMDORA qui court jusqu'en 2022.

"Je veux utiliser des simulations informatiques… où nous examinons les interactions gravitationnelles entre plusieurs corps pour modéliser les étapes des planétésimaux jusqu'aux systèmes planétaires entièrement formés avec des planètes terrestres, super Terres, et géantes gazeuses, " il a dit.

Dans ses simulations, Le Dr Bitsch examine comment les cailloux dans les disques tourbillonnants se transforment en embryons planétaires de la taille d'une lune, qui se développent ensuite en planètes entièrement formées.

La modification des différents mécanismes à l'œuvre peut influencer les types de planètes avec lesquelles un système solaire peut se retrouver.

« Il existe de nombreuses voies différentes qui peuvent se produire, et de nombreux paramètres différents qui peuvent influencer le résultat des simulations, " dit-il. " Par exemple, quelle est la taille des cailloux, combien y en aurait-il, et où se formeraient vos planétésimaux initiaux qui commenceraient alors à former des proto-planètes ?"

Pour voir quelles variables comptent le plus, il exécute des centaines de simulations informatiques qui durent des semaines à la fois et peuvent simuler des dizaines de millions d'années pour modéliser les réunions hautement chaotiques de plusieurs objets.

Pour les planètes semblables à la Terre, un facteur clé est la proximité des bébés planètes avec leur étoile d'origine, puisque la différence de température peut déterminer si les planètes accumulent de l'eau directement pendant la phase de disque gazeux ou à partir d'une livraison tardive d'eau d'astéroïdes ou de comètes, comme pour notre propre Terre.

"Une chose qui est déjà dans le code regarde la composition des super-Terres. Par exemple, sont-ils rocheux ou dominés par la glace d'eau ? », a déclaré le Dr Bitsch.

Super-Terres, qui sont des planètes comme la Terre, mais peut-être deux à dix fois plus massif, n'existent pas dans notre système solaire, mais sont relativement communs parmi les autres étoiles.

"Beaucoup de super-Terres ont été trouvées et détectées, et la question est de quoi sont-ils faits? Cela peut nous donner la réponse à l'endroit où ils ont été formés."