Lorsqu'un jeune système solaire démarre, ce n'est guère plus qu'une jeune étoile et un disque de débris en rotation. La pensée acceptée dit que les débris tourbillonnants sont emportés dans la formation de la planète. Mais une nouvelle étude indique qu'une grande partie de la matière dans le disque pourrait subir un sort différent.

Il n'aura peut-être pas l'honneur de faire partie d'une belle planète stable, en orbite placide et fiable autour de son étoile hôte. Au lieu, il est simplement jeté. Il est éjecté des jeunes, système stellaire encore en formation pour passer son existence en tant qu'objet interstellaire ou en tant que planète voyou.

L'étude vient d'Avi Loeb et Amir Siraj. Loeb et Siraj sont tous deux du Center for Astrophysics (CfA) de Harvard et ont déjà collaboré à des recherches. Leur nouvelle étude s'intitule "Preuves préliminaires que les disques protoplanétaires éjectent plus de masse qu'ils n'en retiennent". Il est disponible sur le site de pré-impression arxiv.org et n'a pas encore été évalué par les pairs.

Loeb et Siraj soulignent l'existence d'objets interstellaires comme "Oumuamua et 2I/Borisov pour faire valoir leur point de vue. Jusqu'à présent, il n'y a aucune preuve concluante de l'origine de ces objets et de leurs frères. Les chercheurs ont trouvé des origines différentes, et ont apporté des preuves, mais si loin, il n'y a pas de consensus. "Oumuamua pourrait être un iceberg d'hydrogène noir interstellaire, un objet semblable à Pluton, ou même un type de « lapin de poussière » interstellaire. Et la comète 2l/Borisov est probablement une comète interstellaire voyous, le premier que nous avons observé.

Les bilans de masse stellaire montrent que ni les nuages ​​exo-Oort ni les disques protoplanétaires ne peuvent fournir une masse suffisante pour expliquer les objets interstellaires et la population de planètes voyous. Alors peut-être que nos budgets de masse stellaire sont faux ? Peut-être que la majeure partie de la matière dans les disques protoplanétaires est éjectée et devient des objets interstellaires comme "Oumuamua, 2I/Borisov, et planètes voyous, certaines de ces planètes étant plusieurs fois plus grandes que la Terre.

Une grande partie de l'article est basée sur des estimations scientifiques, et une grande partie est préliminaire. Les auteurs le précisent dans le titre de l'article. Les scientifiques n'ont pas encore une idée claire du nombre d'objets interstellaires et de planètes voyous. Mais tu dois commencer à quelque part, et cet article est une sorte de point de départ.

Leur papier s'ouvre sur, "Si les objets interstellaires proviennent de disques protoplanétaires, ils peuvent être utilisés pour calibrer la fraction de masse que ces disques éjectent. » De là, ils creusent plus profondément.

"L'origine des objets interstellaires est un mystère non résolu, " écrivent-ils. " Ni les nuages ​​exo-Oort ni les disques protoplanétaires ne sont capables de remplir le budget de masse nécessaire pour produire la population inférée d'objets interstellaires. " Cela ne laisse que deux grandes possibilités pour leurs origines. L'un est des budgets de masse stellaire différents, ce qui peut être invraisemblable. L'autre concerne les différentes probabilités de survie des objets interstellaires sur de vastes distances et échelles de temps.

Ce préambule pose la question principale des chercheurs :« Quelle quantité de masse par étoile est nécessaire pour produire des objets interstellaires ?

Le premier obstacle pour répondre à cette question est le fait que nous ne connaissons réellement que deux objets interstellaires :"Oumuamua, qui a été découvert en 2017, et la comète 2I/Borisov, qui a été découvert en 2019. Et les scientifiques n'ont observé que des estimations de leurs tailles. "Oumuamua est estimé entre 20 et 200 mètres, et le noyau de Borisov est estimé entre 0,4 et 1 km. Il existe également un troisième objet interstellaire potentiel nommé CNEOS 2014-01-08, mais son statut d'objet interstellaire n'est pas confirmé.

Nous n'avons que des estimations du nombre de ces objets interstellaires, y compris les planètes voyous. Pour des objets comme "Oumuamua et Borisov, l'estimation est quelque part autour de 9, 000 par étoile, tandis que pour les planètes voyous rocheuses environ deux fois la taille de la Terre, c'est entre environ cinq à 10 par étoile. (Certaines estimations disent qu'il y en a moins, seulement deux par étoile.)

Les chercheurs ont pris quelles données il y a, ainsi que les estimations, et a exécuté une simulation. La simulation a répondu à leur question principale :« étant donné la taille et l'abondance des objets interstellaires connus, quelle masse est nécessaire, par étoile, produire une telle population?"

Pour chaque estimation de taille et d'abondance des objets interstellaires, la paire a exécuté des simulations de Monte Carlo. Les résultats?

Siraj et Loeb ont découvert que les nuages ​​exo-Oort ne peuvent pas contenir une masse suffisante pour être la source des populations inférées d'objets interstellaires et de planètes voyous. La paire présente leurs calculs dans le document puis déclare que "En conséquence, Les nuages ​​d'étoiles d'Oort sont des sources invraisemblables d'objets interstellaires."

Prochain, ils considèrent les disques protoplanétaires. Leurs calculs sont présentés en détail dans leur article et méritent d'être examinés pour ceux qui s'intéressent davantage à cette question. Mais le résultat final est qu'il peut prendre une plus grande proportion de masse d'étoile hôte qu'on ne le pensait auparavant pour tenir compte de la population inférée d'objets interstellaires plus grands que "Oumuamua". objets plus gros que "Oumuamua est une fraction substantielle de la masse de l'étoile hôte, entre 2% et 50%."

À l'arrière-plan de tous les travaux de Loeb et Siraj se trouve ce qu'on appelle le modèle de la nébuleuse solaire de masse minimale (MMSN). Le modèle MMSN décrit la composition de la matière de notre système solaire nécessaire pour rendre compte de la formation des planètes, et astéroïdes, en orbite autour du soleil. Le MMSN montre que, étant donné la métallicité du soleil, environ 1% de la masse du soleil était nécessaire pour former les planètes.

Les calculs et les simulations des auteurs montrent qu'il faut une fraction sensiblement plus importante de la masse d'une étoile pour tenir compte de la population d'« objets de type Oumuamua. » La principale implication de ces résultats est que la quantité de masse nécessaire pour former des objets interstellaires plus grands que "Oumuamua est une fraction substantielle de la masse de l'étoile hôte, entre 2% et 50%."

Si vous pensez que c'est une gamme assez large, tu as raison. Mais ce que leur travail accomplit est une contrainte plus stricte sur notre compréhension de la formation des systèmes planétaires. "Ces résultats suggèrent une voie très efficace pour convertir la matière protostellaire en planétésimaux d'environ 0,1 km et pour les éjecter de leurs étoiles mères, et change le paradigme concernant les contraintes d'observation sur le processus de formation du système planétaire."

Mais ce qui pourrait être le plus intéressant, c'est la conclusion potentielle. Les jeunes systèmes solaires peuvent éjecter plus de masse en tant qu'objets interstellaires et planètes voyous qu'ils n'en conservent.

"Ni le budget de masse du disque protoplanétaire du système solaire, ni les disques protoplanétaires ou débris observés autour d'autres étoiles ne pourraient fournir suffisamment de matériel pour la formation d'objets interstellaires, " écrivent Siraj et Loeb dans leur résumé.

Le duo termine son article en mentionnant comment ces objets pourraient être éjectés de leurs systèmes hôtes. Mais c'est en grande partie une sorte de barre latérale. La paire de chercheurs s'intéresse davantage à la façon dont cela modifie notre compréhension de la formation du système solaire.

Ils soulignent que le prochain télescope d'enquête Vera Rubin pourrait potentiellement trouver beaucoup plus d'objets interstellaires, puisque le Vera Rubin excellera dans la découverte des phénomènes transitoires. Cette étude est limitée par une petite taille d'échantillon de seulement deux, ou possible trois, objets interstellaires. Une fois que nous avons une plus grande taille d'échantillon, nous en saurons beaucoup plus.

"Les origines des objets interstellaires peuvent être déduites par leur distribution de vitesse, une fois qu'un nombre suffisant d'entre eux ont été détectés, " écrivent les auteurs.