Vue d'artiste d'un satellite se formant autour d'une planète gazeuse géante qui elle-même se forme toujours autour d'une étoile. Crédit :Université de Nagoya
Des simulations numériques montrent que le gradient de température dans le disque de gaz autour d'une jeune planète géante gazeuse pourrait jouer un rôle essentiel dans le développement d'un système satellitaire dominé par une seule grande lune, semblable à Titan dans le système Saturne. Les chercheurs ont découvert que la poussière dans le disque circumplanétaire peut créer une "zone de sécurité" qui empêche la lune de tomber sur la planète à mesure que le système évolue.
Les astronomes pensent que la plupart des lunes que nous voyons dans le système solaire, surtout les grosses lunes, formé avec la planète mère. Dans ce scénario, les lunes se forment à partir du gaz et de la poussière qui tournent autour de la planète encore en formation. Mais les simulations précédentes ont abouti soit à la chute de toutes les grandes lunes sur la planète et à leur engloutissement, ou plusieurs grandes lunes restantes. La situation observée autour de Saturne, avec beaucoup de petites lunes mais une seule grande lune, ne rentre dans aucun de ces modèles.
Youri Fujii, un professeur assistant désigné à l'Université de Nagoya, et Masahiro Ogihara, professeur assistant de projet à l'Observatoire national d'astronomie du Japon (NAOJ), créé un nouveau modèle de disques circumplanétaires avec une distribution de température plus réaliste en considérant de multiples sources d'opacités, y compris la poussière et la glace. Ensuite, ils ont simulé la migration orbitale des lunes, en tenant compte de facteurs tels que la pression du gaz du disque et la gravité d'autres satellites.
Leurs simulations montrent qu'il existe une "zone de sécurité" où une lune est éloignée de la planète. Dans cette zone, un gaz plus chaud à l'intérieur de l'orbite pousse le satellite vers l'extérieur et l'empêche de tomber dans la planète.
Résultats de simulation montrant les rayons orbitaux en fonction du temps de 7 lunes hypothétiques avec la masse de Titan. Au fur et à mesure de l'avancement de la simulation, presque tous ces satellites tombent sur la planète, cependant, le satellite le plus externe survit seul jusqu'à ce que le gaz du disque se dissipe. Ce satellite réside temporairement dans la « zone de sécurité ». Crédit :Fujii &Ogihara, A&A, 2020
Un scénario pour la formation d'une seule grande lune. (1) Comme une planète se forme, un disque contenant du gaz et de la poussière tourne autour de la planète. Les matériaux solides se condensent dans ce disque. (2) Les composants solides atteignent la taille du satellite dans le disque circumplanétaire. Les simulations de cette recherche ont commencé à partir de cette étape. (3) Les orbites de ces satellites dans le disque changent progressivement sous l'influence du gaz. De nombreux satellites s'approchent de la planète en orbite, et finalement tomber dans la planète. Cependant, un satellite dont l'orbite est située dans une « zone de sécurité » ne tombe pas dans la planète, mais maintient sa distance de la planète. (4) Au fur et à mesure que le gaz dans le disque se dissipe, le satellite qui survit dans la « zone de sécurité » restera jusqu'au bout avec une orbite stable. Crédit :NAOJ
"Nous avons démontré pour la première fois qu'un système avec une seule grande lune autour d'une planète géante peut se former, " dit Fujii. " C'est une étape importante pour comprendre l'origine de Titan. "
Cependant, Ogihara dit, "Il serait difficile d'examiner si Titan a réellement vécu ce processus. Notre scénario pourrait être vérifié grâce à la recherche de satellites autour des planètes extrasolaires. Si de nombreux systèmes à exomoune unique sont trouvés, les mécanismes de formation de tels systèmes deviendront un sujet brûlant."
L'étude, intitulé « Formation de systèmes à une seule lune autour de géantes gazeuses, " a été publié dans Astronomie et astrophysique en mars 2020. Les simulations de cette recherche ont utilisé le cluster PC exploité par NAOJ.
