L'origine d'Uranus et de Neptune enfin révélée ?

Publié par Adrien le 23/09/2014 à 00:00
Source: CNRS
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Une équipe de chercheurs franco-américains, pilotée par l'institut UTINAM (CNRS/Université de Franche-Comté) (1), vient de proposer une solution au problème de la composition chimique d'Uranus et Neptune, fournissant ainsi des pistes pour comprendre leur formation. Les chercheurs se sont intéressés au positionnement (On peut définir le positionnement comme un choix stratégique qui cherche à donner à une offre...) de ces deux planètes, les plus lointaines du Système Solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le...), et proposent un nouveau modèle expliquant comment et dans quelle zone elles se sont formées. Leurs résultats sont parus le 20 septembre dans The Astrophysical Journal.


Uranus et Neptune vues par la mission Voyager 2 de la NASA.
© NASA

Uranus et Neptune sont les planètes les plus lointaines du Système Solaire. Elles possèdent chacune une masse d'environ quinze fois celle de la Terre, sont composées jusqu'à 90% de glace et sont riches en carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C,...). En raison de leurs caractéristiques particulières, la question concernant l'origine d'Uranus et de Neptune demeurait à ce jour irrésolue. Les observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) du Système Solaire externe et les modèles antérieurs décrivant la formation des deux planètes ne permettaient pas d'expliquer comment celles-ci se sont formées dans la zone où elles se trouvent aujourd'hui. Située très loin du Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile...), cette zone ne contenait pas assez de blocs de construction pour former Uranus et Neptune suffisamment vite avant la dissipation de la nébuleuse (Une nébuleuse (du latin nebula, « nuage ») désigne, en astronomie, un...) primordiale. Une fois la nébuleuse dissipée, il est en effet impossible pour les deux planètes de mettre en place leurs enveloppes gazeuses.

Récemment, l'Observatoire spatial Herschel s'est intéressé à la composition isotopique d'Uranus et de Neptune et en particulier la mesure du rapport deutérium sur hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) (D/H). Le rapport D/H est un traceur utilisé en planétologie (La planétologie est la science de l'étude des planètes. La discipline recouvre de nombreuses...) pour connaître l'origine des éléments ayant formés le Système Solaire. Ce rapport isotopique est très sensible à la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) de la nébuleuse primordiale: il est faible à des distances proches du Soleil et augmente à des distances plus élevées. Les modèles dynamiques suggèrent qu'Uranus et Neptune se sont formés dans la même zone lointaine que les comètes, et donc devraient posséder un rapport D/H élevé. Cependant, les mesures d'Herschel montrent de manière surprenante que le rapport D/H dans les deux planètes est très inférieur à celui mesuré dans toutes les comètes.

Cette nouvelle étude résout tous ces problèmes à la fois. Le nouveau modèle proposé est basé sur des simulations détaillées de la distribution et du transport des éléments volatiles les plus abondants dans la nébuleuse primordiale du Système Solaire (H2O, CO et N2). Ces simulations montrent la présence de "pics" de densités de solides dans des régions où la température de la nébuleuse devient suffisamment basse pour permettre à un élément gazeux de se condenser (ou lignes de glace). Les résultats montrent que Uranus et Neptune se seraient formées au niveau de la ligne de glace du monoxyde de carbone (Le monoxyde de carbone est un des oxydes du carbone. Sa formule brute s'écrit CO et sa formule...) (CO), ce qui expliquerait qu'elles soient constituées de solides riches en carbone mais appauvris en azote (L'azote est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole N et de...). L'accrétion (L'accrétion désigne en astrophysique, en géologie et en météorologie l'accroissement par...) des quantités importantes de CO avec une quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) faible de H2O cométaire donne la valeur D/H mesuré dans l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) de ces planètes. De plus, comme la ligne de glace de l'azote se trouve légèrement plus loin, les planètes se sont alors naturellement formées appauvries en azote. Le modèle proposé fournit des abondances en carbone et en azote compatibles avec les observations, et permet d'établir que la formation d'Uranus et de Neptune s'est faite dans cette zone lointaine.

Notes:
(1) L'institut UTINAM (CNRS/Université de Franche-Comté) est un laboratoire fédéré dans l'Observatoire des sciences de l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) THETA de Franche-Comté/Bourgogne.
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