Cette simulation du disque de gaz et de poussière entourant une jeune étoile montre des amas denses se formant dans le matériau. Selon la méthode d'instabilité du disque proposée pour la formation des planètes, ils se contracteront et fusionneront en une planète géante gazeuse. Crédit :Alan Boss
Il existe une population encore jamais vue de planètes semblables à Jupiter en orbite autour d'étoiles semblables au Soleil, en attente de découverte par de futures missions comme le télescope spatial WFIRST de la NASA, selon de nouveaux modèles de formation de planètes géantes gazeuses par Alan Boss de Carnegie, décrit dans une publication à venir dans The Journal d'astrophysique . Ses modèles sont soutenus par un nouveau Science article sur la découverte surprenante d'une planète géante gazeuse en orbite autour d'une étoile de faible masse.
"Les astronomes ont trouvé une aubaine dans la recherche et la détection d'exoplanètes de toutes tailles et rayures depuis la première exoplanète confirmée, un Jupiter chaud, a été découvert en 1995, " Boss a expliqué. " Littéralement des milliers et des milliers ont été trouvés à ce jour, avec des masses allant de moins que celle de la Terre, à plusieurs fois la masse de Jupiter."
Mais il y a encore des trous béants dans les connaissances des scientifiques sur les exoplanètes qui orbitent autour de leurs étoiles à des distances similaires à celles auxquelles les géantes gazeuses de notre système solaire orbitent autour du Soleil. En termes de masse et de période orbitale, des planètes comme Jupiter représentent une population particulièrement petite des exoplanètes connues, mais il n'est pas encore clair si cela est dû à des biais dans les techniques d'observation utilisées pour les trouver - qui favorisent les planètes avec des orbites à courte période par rapport à celles avec des orbites à longue période - ou si cela représente un déficit réel de la démographie des exoplanètes.
Toutes les récentes découvertes d'exoplanètes ont conduit à un regain d'intérêt pour les modèles théoriques de formation des planètes. Il existe deux mécanismes principaux pour prédire comment les planètes géantes gazeuses se forment à partir du disque rotatif de gaz et de poussière qui entoure une jeune étoile - de bas en haut, appelé accrétion de noyau, et de haut en bas, appelé instabilité du disque.
Le premier fait référence à la construction lente d'une planète à travers les collisions de matériaux de plus en plus gros - des grains de poussière solides, cailloux, rochers, et éventuellement des planétésimaux. Ce dernier fait référence à un processus déclenché rapidement qui se produit lorsque le disque est suffisamment massif et froid pour former des bras spiraux, puis des touffes denses de gaz et de poussière auto-gravitaires se contractent et fusionnent en une planète bébé.
Alors que l'accrétion du noyau est considérée comme le mécanisme consensuel de formation de planètes, Boss est depuis longtemps un partisan du mécanisme concurrent d'instabilité des disques, datant d'un séminal 1997 Science papier.
La découverte qui vient d'être publiée par une équipe dirigée par l'Institut d'études spatiales de Catalogne d'une étoile d'un dixième de la masse de notre Soleil et hébergeant au moins une planète géante gazeuse remet en question la méthode d'accrétion du noyau.
La boîte noire encapsulant Jupiter désigne la région approximative de l'espace de découverte des exoplanètes où les nouveaux modèles d'Alan Boss sur la formation des planètes géantes gazeuses suggèrent qu'un nombre important d'exoplanètes reste à trouver par des relevés d'imagerie directe des étoiles proches. la mission WFIRST de la NASA, lancement prévu en 2025, testera la technologie d'un coronographe (CGI) capable de détecter ces exoplanètes putatives. Crédit :Alan Boss
La masse d'un disque doit être proportionnelle à la masse de la jeune étoile autour de laquelle il tourne. Le fait qu'au moins une géante gazeuse - peut-être deux - ait été trouvée autour d'une étoile tellement plus petite que notre Soleil indique que soit le disque d'origine était énorme, soit ou que l'accrétion de noyau ne fonctionne pas dans ce système. Les périodes orbitales pour les étoiles de masse inférieure sont plus longues, qui empêche l'accrétion du noyau de former des géantes gazeuses avant que le gaz du disque ne disparaisse, comme l'accrétion du cœur est un processus beaucoup plus lent que l'instabilité du disque, selon le patron.
"C'est une grande justification pour la méthode d'instabilité du disque et une démonstration comment une découverte inhabituelle peut faire basculer le pendule sur notre compréhension de la formation des planètes, " a déclaré l'un des membres de l'équipe de recherche IEEC, Guillem Anglada-Escudé, lui-même un ancien postdoc Carnegie.
Les dernières simulations de Boss suivent l'évolution tridimensionnelle des disques chauds qui démarrent dans une configuration stable. Sur différentes échelles de temps, ces disques se refroidissent et forment des bras en spirale, aboutissant finalement à des touffes denses représentant des protoplanètes nouveau-nées. Leurs masses et distances par rapport à l'étoile hôte sont similaires à celles de Jupiter et de Saturne.
"Mes nouveaux modèles montrent que l'instabilité du disque peut former des amas denses à des distances similaires à celles des planètes géantes du système solaire, " a déclaré Boss. " Le recensement des exoplanètes est toujours en cours, et ce travail suggère qu'il y a beaucoup plus de géantes gazeuses qui attendent d'être comptées."
