Une vue d'artiste d'une exoplanète gazeuse migrant dans le disque protoplanétaire en direction de son soleil. © Nasa/JPL-Caltech

Un astrophysicien de l’université de Leicester développe depuis quelque temps un nouveau modèle pour la formation des exoplanètes rocheuses, en particulier les superterres. Il pourrait s’agir d’anciens cœurs de planètes géantes, débarrassés de leur cocon de gaz par des forces de marée.

La formation des planètes rocheuses est décrite par la théorie de l’accrétion. Une fois un disque protoplanétaire formé, les poussières présentes dans le gaz s’agglomèrent pour former des cailloux puis des petits corps célestes que l’on appelle des planétésimaux. Entrant en collision, ces objets se fragmentent ou se collent les uns aux autres, croissant à la façon d’un bonhomme de neige. En effet, plus un corps contient de la masse plus il peut grossir vite en attirant à lui d’autres planétésimaux. C’est ainsi que l’on explique la formation des planètes telluriques dans le Système solaire.

Le scénario est un peu différent dans le cas des planètes gazeuses et il est moins bien compris. Les géantes naîtraient loin d’une étoile mais toujours dans le disque protoplanétaire riche en gaz. Un corps rocheux se formerait bien initialement, mais il capturerait ensuite essentiellement du gaz pour donner une géante comme Jupiter ou Saturne. C’est le Modèle du cœur solide. Des processus de migration interviendraient ensuite, notamment tant qu’un disque protoplanétaire existe encore, et c’est pourquoi on observe parmi les exoplanètes tant de Jupiter chauds.

Pour Sergei Nayakshin, de l’université de Leicester, le fait que l’on trouve beaucoup de superterres parmi les exoplanètes suggère qu’un autre mécanisme que le modèle d’accrétion simple, donné précédemment, intervient pour certaines planètes telluriques. Nayakshinl développe sa théorie depuis quelque temps avec plusieurs articles (dont certains sont donnés en lien ci-dessous) disponibles sur arXiv.

Selon l’astrophysicien, il faudrait en revenir en partie au modèle de l’instabilité gravitationnelle. Une zone de surdensité dans le disque de gaz et de poussière croîtrait à grande distance d’une étoile formant une géante gazeuse accrétant de la poussière. On commence donc avec une protoplanète essentiellement gazeuse d’environ dix fois la masse de Jupiter. Sa température est basse, d’environ 100 K, mais la superjupiter ne tarde pas à se contracter et sa température interne peut dépasser les 1.000 K. La poussière, en tombant vers le centre chaud de la protoplanète, ferait croître un cœur rocheux.

Un scénario qui peut aussi s'appliquer au Système solaire

Des processus de migration planétaire s’enclencheraient ensuite et la géante en formation finirait par se rapprocher de son soleil. Passé une certaine distance, les forces de marée de l’étoile commenceraient à arracher du gaz, peut-être aussi conjointement avec le flux de radiations de la jeune étoile. Il ne resterait plus alors qu’une superterre, voire une planète tellurique comme celles du Système solaire (donc de plus petite taille).

Remarquablement, si l’on peut expliquer le fait que les planètes de notre Système solaire tournent toutes dans le même sens à partir du modèle d’accrétion standard, on peut aussi rendre compte de cette observation par la théorie proposée par Sergei Nayakshin. Ce nouveau scénario de formation des superterres pourrait donc aussi s'appliquer aux petites planètes telluriques de notre propre Système solaire, comme notre Terre...

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