Les éléments constitutifs de nouvelles planètes pourraient se former plus facilement qu'on ne le pensait auparavant, selon les calculs d'une équipe dirigée par un astrophysicien de RIKEN.
Les planètes naissent des nuages de poussière et de gaz qui tourbillonnent autour des jeunes étoiles. Les particules de poussière contenues dans ces disques protoplanétaires fusionnent progressivement en grains, qui se regroupent ensuite en planétésimaux. Ces planétésimaux, qui peuvent mesurer plusieurs kilomètres de large, peuvent potentiellement devenir les fondations de nouveaux mondes.
Les astronomes cherchent encore à comprendre exactement comment chacune de ces étapes se produit. Par exemple, des planétésimaux peuvent se former lorsque des grains de poussière entrent en collision et se collent les uns aux autres, un processus connu sous le nom de coagulation.
Alternativement, la traînée ressentie par les grains de poussière lorsqu'ils se déplacent à travers le disque protoplanétaire pourrait concentrer la poussière en amas lâches, un processus appelé instabilité de flux. "Si ces amas sont suffisamment massifs, des planétésimaux pourraient se former par effondrement auto-gravitationnel de l'amas", explique Ryosuke Tominaga du laboratoire de formation d'étoiles et de planètes RIKEN.
Pour évaluer l'importance relative de ces deux processus dans la formation des planétésimaux, Tominaga et Hidekazu Tanaka de l'Université Tohoku de Sendai, au Japon, ont créé un modèle physique pour simuler le comportement des grains de poussière dans les disques protoplanétaires. Leurs découvertes sont publiées dans The Astrophysical Journal. .
Basé sur des simulations antérieures de formation planétésimale, leur modèle incluait une série de facteurs tels que la vitesse et l’adhésivité des grains de poussière. Si les grains entrent en collision trop rapidement, par exemple, ils risquent de se briser au lieu de former un grain plus gros.
"Certaines études suggèrent que les grains de poussière ne sont pas si collants et que leur croissance pourrait être limitée par la fragmentation dans les régions de formation des planètes en raison des vitesses de collision élevées", explique Tominaga. "On pense que c'est une barrière empêchant la croissance de poussière vers les planétésimaux."
Le modèle de Tominaga et Tanaka a estimé le temps nécessaire à la croissance des grains de poussière par coagulation et l'a comparé à l'échelle de temps d'agglutination par instabilité du flux.
Le modèle a montré que les deux processus se produisent à des rythmes similaires. En effet, les processus d'agglutination et de coagulation s'entraident pour se dérouler rapidement, agissant comme une boucle de rétroaction positive.
"La croissance de la poussière améliore l'efficacité de l'agglutination, tandis qu'une agglomération plus forte favorise la croissance de la poussière", explique Tominaga. "On prévoit que cette rétroaction favorisera la formation de planétésimaux."
L'effet s'est avéré à la fois pour les grains de poussière glacée et les grains de silicate, qui ressemblent davantage à du sable.
Pour l'instant, le modèle fournit une estimation très simple de la croissance de la poussière, explique Tominaga. Il espère réaliser des simulations numériques de plus grande précision pour offrir une vue plus détaillée de ces processus de formation planétésimale.
Plus d'informations : Ryosuke T. Tominaga et al, Croissance rapide de la poussière lors de l'agglutination hydrodynamique due à l'instabilité du flux, The Astrophysical Journal (2023). DOI :10.3847/1538-4357/ad002e
Fourni par RIKEN
