Aujourd’hui, le nombre d’exoplanètes confirmées s’élève à 5 197 dans 3 888 systèmes planétairesavec 8 992 autres candidats en attente de confirmation.
La majorité ont été des planètes particulièrement massives, allant de Jupiter et des géantes gazeuses de la taille de Neptune, qui ont des rayons environ 2,5 fois supérieurs à ceux de la Terre.
Une autre statistiquement significatif population a été des planètes rocheuses qui mesurent environ 1,4 rayons terrestres (alias «super-Terres»).
Cela présente un mystère pour les astronomes, surtout lorsque les exoplanètes découvertes par le vénérable Télescope spatial Kepler sont concernés.
Sur plus de 2 600 planètes découvertes par Kepler, il existe une rareté apparente d’exoplanètes avec un rayon d’environ 1,8 fois celui de la Terre – qu’ils appellent la “vallée du rayon”.
Un deuxième mystère, connu sous le nom de “pois dans une cosse”, fait référence à des planètes voisines de taille similaire trouvées dans des centaines de systèmes planétaires aux orbites harmonieuses.
Dans une étude menée par le Cycles d’éléments volatils essentiels à la vie dans les planètes rocheuses (CLEVER) à l’Université Rice, une équipe internationale d’astrophysiciens fournit une nouveau modèle qui rend compte de l’interaction des forces agissant sur les planètes naissantes qui pourraient expliquer ces deux mystères.
La recherche a été dirigée par André Izidoro, un boursier postdoctoral Welch à Rice financé par la NASA Planètes INTELLIGENTES projet. Il a été rejoint par d’autres enquêteurs de CLEVER Planets Rajdeep Dasgupta et Andréa Isella, Hilke Schlichting de l’Université de Californie à Los Angeles (UCLA), et Christian Zimmermann et Bertram Bitsch de l’Institut Max Planck d’astronomie (MPIA).
Comme ils le décrivent dans leur document de recherche, paru récemment dans le Lettres du journal astrophysiquel’équipe a utilisé un supercalculateur pour exécuter un modèle de migration planétaire qui simulait les 50 premiers millions d’années de développement du système planétaire.
Dans leur modèle, les disques protoplanétaires de gaz et de poussière interagissent également avec les planètes en migration, les rapprochant de leurs étoiles mères et les enfermant dans des chaînes orbitales résonnantes.
En quelques millions d’années, le disque protoplanétaire disparaît, brisant les chaînes et provoquant des instabilités orbitales qui font entrer en collision deux ou plusieurs planètes. Alors que des modèles de migration planétaire ont été utilisés pour étudier des systèmes planétaires qui conservaient des résonances orbitales, ces découvertes représentent une première pour les astronomes.
Comme l’a dit Izidoro dans une Rice University déclaration: “Je crois que nous sommes les premiers à expliquer la vallée du rayon en utilisant un modèle de formation et d’évolution dynamique des planètes qui tient compte de manière cohérente des multiples contraintes d’observations.
“Nous sommes également en mesure de montrer qu’un modèle de formation de planètes incorporant des impacts géants est cohérent avec la caractéristique des pois dans une cosse des exoplanètes.”
Ce travail s’appuie sur des travaux antérieurs d’Izidoro et du projet CLEVER Planets. L’année dernière, ils ont utilisé un modèle de migration pour calculer la perturbation maximale du système à sept planètes de TRAPPIST-1.
Dans un article paru le 21 novembre 2021 dans Astronomie naturelle, ils ont utilisé une simulation à N corps pour montrer comment ce système de “pois dans une cosse” aurait pu conserver sa structure orbitale harmonieuse malgré les collisions causées par la migration planétaire. Cela leur a permis d’imposer des contraintes sur la limite supérieure des collisions et la masse des objets impliqués.
Leurs résultats indiquent que les collisions dans le système TRAPPIST-1 étaient comparables à l’impact qui a créé le système Terre-Lune.
Dit Izidoro : « La migration des jeunes planètes vers leurs étoiles hôtes crée un surpeuplement et entraîne fréquemment des collisions cataclysmiques qui dépouillent les planètes de leurs atmosphères riches en hydrogène.
“Cela signifie que les impacts géants, comme celui qui a formé notre lune, sont probablement un résultat générique de la formation des planètes.”
Cette dernière recherche suggère que les planètes se présentent sous deux variantes, consistant en des planètes sèches et rocheuses qui sont 50% plus grandes que la Terre (super-Terres) et des planètes riches en glace d’eau d’environ 2,5 fois la taille de la Terre (mini-Neptunes).
De plus, ils suggèrent qu’une fraction de planètes deux fois plus grandes que la Terre conserveront leur atmosphère primordiale riche en hydrogène et seront riches en eau.
Selon Izidoro, ces résultats sont cohérents avec de nouvelles observations qui suggèrent que les super-Terres et les mini-Neptunes ne sont pas exclusivement des planètes sèches et rocheuses.
Ces découvertes présentent des opportunités pour les chercheurs sur les exoplanètes, qui s’appuieront sur le télescope spatial James Webb pour effectuer des observations détaillées des systèmes d’exoplanètes.
Grâce à sa suite avancée d’optiques, d’imagerie infrarouge, de coronographes et de spectromètres, Webb et d’autres télescopes de nouvelle génération caractériseront les atmosphères et les surfaces des exoplanètes comme jamais auparavant.
Cet article a été initialement publié par Univers aujourd’hui. Lis le article original.
