La recherche, publiée dans _Astrophysical Journal_, fournit le premier aperçu détaillé de la façon dont ces mondes lointains et océaniques auraient pu naître.
"Des études théoriques précédentes ont suggéré comment ces satellites auraient pu se former à partir du disque protoplanétaire original, mais nous n'avions pas effectué les calculs détaillés nécessaires pour voir si ce mécanisme de formation fonctionnerait réellement", a déclaré Alexandra Craddock, co-auteure de l'étude et chercheuse postdoctorale. au Département des sciences de la Terre, de l'environnement et des planètes de Brown. "Ici, nous montrons comment le processus aurait pu fonctionner en 3D."
Pour leurs calculs, les chercheurs ont utilisé un code informatique sophistiqué appelé AREPO, qui avait déjà été utilisé pour simuler la formation de disques et la migration des planètes dans le système solaire interne. Ils ont commencé par simuler un disque de matière relativement mince autour d’un jeune Soleil qui s’étendait jusqu’à l’endroit où Jupiter finirait par se former.
À l’intérieur de ce disque, ils ont semé de petits « embryons » rocheux qui deviendraient éventuellement des planètes. Ils ont également ensemencé le disque avec de très petites particules de poussière qui se transformeraient progressivement en corps glacés plus grands par collisions et collages.
Au fil du temps, les interactions entre les planètes en croissance et le disque, ainsi qu'entre les planètes elles-mêmes, ont provoqué la migration de Jupiter et de son noyau rocheux vers l'intérieur.
"Lorsque Jupiter a migré vers l'intérieur, il a perturbé le matériau du disque qui se trouvait au-delà", a déclaré l'auteur principal de l'étude, Anders Johansen, professeur au Département des sciences de la Terre, de l'environnement et des planètes de Brown. "Essentiellement, Jupiter a dégagé un trou dans le disque."
De chaque côté de cette voie dégagée, les chercheurs ont observé que les particules de poussière glacée sont entrées en collision et ont commencé à « sentir » la gravité de chacune d'elles, ce qui a entraîné des collisions plus importantes et une croissance rapide.
"Dans ces régions, l'accumulation de matière glacée s'est produite très rapidement", a expliqué Johansen. "En seulement quelques dizaines de milliers d'années, des lunes de la taille d'Europe ou de Callisto pourraient se former."
L’équipe a été surprise de voir à quelle vitesse les lunes glacées se sont développées.
"Nous ne nous attendions pas à ce que les satellites se forment aussi rapidement, en particulier sur les parties les plus externes du disque où les délais orbitaux sont longs", a déclaré Johansen. "C'est probablement ce qui s'est également produit dans les disques protoplanétaires autour d'autres étoiles, et cela pourrait expliquer pourquoi nous trouvons maintenant couramment de grandes lunes glacées en orbite autour de planètes géantes."
Il y a encore beaucoup de choses que les scientifiques ignorent sur la formation des satellites dans notre propre système solaire et dans d’autres systèmes solaires, a noté Johansen, et il n’existe encore aucun moyen d’observer directement ces processus.
"Mais avec des modèles comme celui-ci, nous pouvons simuler les conditions qui existaient probablement dans les premiers temps du système solaire et commencer à comprendre comment les planètes et les lunes qui le remplissent sont nées", a-t-il déclaré.
