Des simulations de superordinateurs ont fourni une explication quant à la raison pour laquelle tant d’exoplanètes sont soit des super-Terres, soit des mini-Neptunes, avec peu de planètes entre les deux.
Exoplanètes peuvent venir dans une variété de tailles et de masses. Si vous deviez tracer sur un graphique le nombre de planètes de chaque taille découvertes par les astronomes, vous trouveriez deux pics : un à 1,4 fois Terrerayon de , et un autre à 2,4 fois le rayon de la Terre. Entre eux se trouve un creux ou une vallée, à environ 1,8 fois le rayon de la Terre, ce qui signifie la rareté relative des planètes de cette taille.
Cette “vallée du rayon” ne se produit pas par hasard ; il se passe quelque chose qui signifie que les planètes qui font 1,8 fois la taille de la Terre sont trouvées deux ou trois fois plus rarement. Les nouvelles simulations de superordinateur, d’une équipe dirigée par André Izidoro, un scientifique planétaire à l’Université Rice au Texas, ont modélisé les 50 premiers millions d’années de l’existence d’un système planétaire typique pour évaluer deux hypothèses principales pour expliquer l’écart dans la taille des planètes.
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Une hypothèse est que les différences de composition entre les super-Terres rocheuses et les mini-Neptunes riches en hydrogène et en eau conduisent préférentiellement à la formation de planètes de certaines tailles. L’autre hypothèse est que les super-Terres commencent leur vie comme des mini-Neptunes mais perdent leurs atmosphères épaisses à mesure qu’ils migrent plus près de leur étoile grâce aux interactions gravitationnelles.
Les nouvelles simulations soutiennent le modèle de migration et expliquent également pourquoi nous trouvons fréquemment des chaînes d’exoplanètes de taille similaire dans ce que les scientifiques appellent des orbites quasi résonnantes. La résonance se produit lorsque les périodes orbitales des planètes tombent en multiples les unes des autres; par exemple, une planète extérieure pourrait orbiter une fois toutes les deux orbites d’une planète intérieure. Les nouvelles simulations de superordinateurs confirment que la migration vers l’intérieur des planètes dans le vaste disque de poussière et de gaz d’un jeune système stellaire provoque des chaînes de mondes résonnantes, comme des “pois dans une cosse”.
Cependant, les astronomes savent que le disque protoplanétaire qui permet cette migration ne dure pas éternellement. Au fur et à mesure que la jeune étoile commence à générer plus d’énergie, son vent de rayonnement emporte le disque; à mesure que le disque se dissipe, les planètes se déstabilisent, provoquant des collisions entre des mondes et des protoplanètes plus petites.
“La migration des jeunes planètes vers leurs étoiles hôtes crée une surpopulation et entraîne fréquemment des collisions cataclysmiques qui dépouillent les planètes de leurs atmosphères riches en hydrogène”, a déclaré Izidoro dans un communiqué. déclaration. “Cela signifie des impacts géants, comme celui qui formé notre lunesont probablement un résultat générique de la formation des planètes.”
Les simulations ont montré que la migration des planètes, la déstabilisation orbitale qui s’ensuit et la perte d’atmosphères planétaires épaisses conspirent toutes pour créer préférentiellement deux populations de planètes : les super-Terres qui sont rocheuses et sèches, et les mini-Neptunes qui n’ont pas migré aussi rapidement. loin vers l’intérieur et sont capables de retenir leurs épaisses atmosphères d’hydrogène et d’eau.
“Je crois que nous sommes les premiers à expliquer la vallée du rayon en utilisant un modèle de formation de planètes et d’évolution dynamique qui tient compte de manière cohérente de multiples contraintes d’observations”, a déclaré Izidoro. “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.”
Cette caractéristique de “pois dans une cosse” se trouve couramment dans les systèmes planétaires tels que TRAPPISTE-1, qui abrite sept mondes rocheux de tailles similaires sur des orbites proches et résonnantes les unes avec les autres. Les nouvelles découvertes suggèrent que nous devrions nous attendre à trouver beaucoup plus de systèmes multiplanétaires avec des planètes de taille similaire sur des orbites résonnantes à l’avenir.
Les résultats ont été publiés le 2 novembre dans Les lettres du journal astrophysique.
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