Comment les planètes géantes deviennent-elles excentriques ?

Publié par Adrien le 05/03/2021 à 09:00
Source: CNRS INSU
La grande majorité des exoplanètes géantes (les planètes 100 fois plus lourdes que la Terre) observées ont des orbites très "excentriques": leur trajectoire ne suit pas un cercle, contrairement à la Terre, mais une ellipse allongée comme un ballon de rugby. En simulant l'évolution des exoplanètes géantes dans le disque (Le mot disque est employé, aussi bien en géométrie que dans la vie courante, pour désigner une...) de gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...) où elles se forment, des chercheurs de l'IRAP ont trouvé une explication. Les orbites de ces planètes peuvent devenir excentriques en quelques milliers d'années lorsqu'elles tombent dans une région vide (Le vide est ordinairement défini comme l'absence de matière dans une zone spatiale.) de gaz (cavité).


Représentation d'une planète géante (Une étoile géante est une étoile de classe de luminosité II ou III. Dans le...) en orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps...) dans une cavité de gaz autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) d'une étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une...) centrale. La densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la...) de gaz est représentée par les niveaux d'orange et l'orbite de la planète en pointillés. La planète et l'étoile ne sont pas à l'échelle.

Les planètes se forment dans un disque de gaz et de poussière autour de l'étoile, le disque protoplanétaire (Les étoiles se forment à partir d'un nuage de gaz et de poussières dont la partie centrale...), dont le rayon peut atteindre plusieurs centaines de fois la distance Terre-Soleil. À l'intérieur du disque, les planètes peuvent migrer et se rapprocher de l'étoile, mais la gravité (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) que le gaz exerce sur la planète l'empêche de devenir excentrique. D'où l'idée de l'étude: que se passe-t-il si le gaz présente une cavité centrale, comme un donut ?

De nombreux disques ont été observés avec une telle cavité en leur sein, parfois plus grande que la taille de l'orbite terrestre (Une orbite terrestre est une orbite située autour de la Terre. La Lune, le seul satellite...). Le résultat est clair: lorsque la planète tombe dans la cavité, les interactions avec le disque externe entrainent une augmentation très rapide de l'excentricité (Cet article décrit l'excentricité en mathématiques et en psychologie.), en quelques dizaines de milliers d'années seulement ! Ce résultat propose donc une explication possible à l'origine de l'excentricité observée des planètes géantes. De plus, il suggère que la présence d'une cavité centrale serait une étape courante dans l'évolution des disques protoplanétaires.

Au vu des orbites presque circulaires de Jupiter et Saturne, ce mécanisme n'a pas eu lieu dans le Système solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le...). C'est plutôt une bonne nouvelle: si les planètes géantes proches de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...) étaient sur des orbites très excentriques, nous ne serions probablement pas là pour le remarquer !

En savoir plus
Revisiting migration in a disc cavity to explain the high eccentricities of warm Jupiters - Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension...) 500, Issue 2.
Florian Debras, Clément Baruteau, Jean-François Donati.
https://doi.org/10.1093/mnras/staa3397
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