L'origine chaotique des mondes lointains soutient l'existence de la planète neuf

Dans les marges les plus éloignées des systèmes planétaires, les géants invisibles orbitent en silence. Un nouveau modèle suggère que ces mondes lointains sont des produits inévitables du chaos primaire qui règnent lorsque les étoiles et leurs planètes rivalisent pour survivre dans les pépinières stellaires bondées. Notre propre système solaire pourrait-il abriter une de ces colossi insaisissables?

Dans les limites froides et sombres des systèmes planétaires, bien au-delà de la portée des planètes que nous connaissons, orbity mystérieuse géant gazeux et autres masses planétaires. Ces «planètes en orbite large» peuvent être trouvées à des distances de leurs étoiles qui sont des milliers de fois plus importantes que celles qui séparent la terre du soleil, une mesure connue sous le nom d'unité astronomique (UA).

Pendant des années, les scientifiques se sont demandé comment ces mondes lointains pouvaient être formés, y compris la planète hypothétique et insaisissable neuf dans notre propre système solaire 12. Une étude récente publiée dans Astronomie naturelle Il offre une réponse convaincante, suggérant que ces planètes ne sont pas des anomalies, mais le résultat naturel d'une phase chaotique précoce dans le développement des systèmes planétaires.

Simulations complexes

La recherche, effectuée par les astronomes de l'Université Rice et de l'Institut des sciences planétaires, utilise des simulations complexes pour démontrer que ces planètes sont formées tandis que les étoiles sont toujours clairement regroupées dans leurs grappes indigènes sterming, et les jeunes planètes rivalisent pour l'espace dans des systèmes turbulents et encombrés. Selon ce modèle, une planète est d'abord motivée vers une orbite excentrique, avec son point le plus éloigné (support) à plusieurs centaines UA, en raison de dispersions gravitationnelles répétées causées par d'autres planètes du même système.

Par la suite, les perturbations gravitationnelles des étoiles voisines qui traversent les proximités peuvent stabiliser cette large orbite, augmentant la distance du point le plus proche de l'orbite avec le soleil (expert) et le « découplage » efficacement à la planète de l'interaction avec le système planétaire intérieur. Ce processus le laisse «piégé» sur une orbite étendue souvent excentrique.

André Izidoro, professeur adjoint à l'Université Rice et auteur principal de l'étude, décrit ce processus comme un « flipper cosmique ». Avec les planètes géantes, la même chose se produit qu'avec ce jeu: ils sont conduits à travers un cosmos plein d'obstacles et sont piégés dans leurs orbites aléatoires.

Modèle récurrent

Pour parvenir à ces conclusions, l'équipe a fait des milliers de simulations impliquant différents types de systèmes planétaires immergés dans des environnements de grappes d'étoiles réalistes. Ils ont modélisé diverses conditions, à partir de systèmes similaires à notre système solaire, avec un mélange de géants gazeux et de glace, à des systèmes plus exotiques, y compris ceux avec deux semelles. Ils ont découvert un schéma récurrent: les planètes ont été fréquemment poussées vers des orbites larges et excentriques dues à des instabilités internes, puis ont été stabilisées par l'influence gravitationnelle des étoiles voisines dans le cluster.

Nathan Kaibscientifique senior de l'Institut des sciences planétaires et co-auteur de l'étude, ajoute que « lorsque ces bosses gravitationnelles se produisent au bon moment, l'orbite d'une planète est découplée du système planétaire intérieur. Cela crée une large planète en orbite, celle qui est essentiellement figée à sa place après le cluster dispersé. » Les chercheurs définissent ces planètes d'une large orbite comme celles qui ont une semi-semi-semi-majeure entre 100 et 10 000 UA.

Et la planète neuf?

Ce mécanisme a des implications directes pour la recherche de la planète Nine, une planète hypothétique qui est censée orbiter notre soleil à une distance comprise entre 250 et 1 000 UA et dont l'existence est déduite par les orbites étranges de plusieurs objets transnéptuniens éloignés. Les simulations montrent qu'il existe une probabilité de 40% qu'un objet similaire à Planet Nine a été capturé dans ce processus dans notre système solaire.

En effet, dans le jeune système solaire, deux principales époques de dispersion planétaire se sont probablement produites: pendant la croissance d'Uranus et de Neptune à partir d'une population d'embryons planétaires d'environ 5 masses terrestres, et pendant l'instabilité ultérieure des planètes géantes.

Si l'un de ces événements se produisait alors que le soleil était encore dans son groupe de naissance, la probabilité qu'une planète dispersée ait été prise en orbite large est de 5 à 10% pour chaque événement; Si les deux se produisaient dans cet environnement, la probabilité accumulée pourrait atteindre que 40% 2. Kaib souligne que « les architectures de systèmes solaires tels que la nôtre ont le plus susceptible de capturer ce type de planètes, ce qui est une raison de plus de croire qu'une neuvième planète pourrait traquer le système solaire externe ».

Planètes errantes

L'étude relie également la formation de planètes en orbite large avec la population croissante de planètes errantes, qui sont des mondes complètement expulsés de leurs systèmes. « Toutes les planètes dispersées n'ont pas la chance d'être piégée », explique Kaib. «L'efficacité de capture», ou la probabilité qu'une planète dispersée reste liée à son étoile, est centrale dans l'étude.

Il a été observé que les systèmes solaires similaires aux nôtres sont particulièrement efficaces, avec des probabilités de capture de 5 à 10%. D'autres systèmes, tels que les composés uniquement par les géants de la glace ou les planètes en circuit (qui orbitent deux étoiles), ont une efficacité beaucoup plus faible. Dans le cas des exoplanètes géantes géantes, qui éprouvent des instabilités dynamiques presque omniprésentes, l'efficacité de capture est d'environ 5%.

Un errant pour mille étoiles

En général, les chercheurs estiment qu'il devrait y avoir environ une large planète en orbite pour mille étoiles, ce qui implique une vaste population de ces mondes dans des orbites larges et excentriques dans toute la galaxie.

Cette constatation identifie également de nouveaux objectifs prometteurs pour les chasseurs d'exoplanet: les planètes en orbite larges sont plus probablement autour des stars de la métallicité élevée qui abritent déjà les géants du gaz.

La future entrée dans le fonctionnement de l'observatoire Vera C. Rubin, avec sa capacité sans précédent à sonder le ciel, pourrait être cruciale pour découvrir la planète neuf ou, à défaut, fournir les preuves nécessaires pour exclure son existence.