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Un regard plus attentif sur l’origine de Jupiter
Des chercheurs de l’Université de Zurich (UZH) et du Pôle de recherche national (PRN) PlanetS ont étudié en détail l’histoire de la formation de Jupiter. Leurs résultats suggèrent que la planète géante a migré loin de son origine et a collecté de grandes quantités de matériaux au cours de son voyage.
L’une des plus importantes questions en suspens dans la théorie de la formation des planètes est l’histoire de l’origine de Jupiter. Grâce à une modélisation informatique sophistiquée, des chercheuses de l’Université de Zurich (UZH) et du Pôle de recherche national (PRN) PlanetS ont jeté un nouvel éclairage sur l’histoire de la formation de Jupiter. Leurs résultats ont été publiés dans la revue The Astrophysical Journal Letters.
Un curieux enrichissement en éléments lourds
Lorsque le vaisseau spatial Galileo a largué une sonde qui s’est parachutée dans l’atmosphère de Jupiter en 1995, il a montré entre autres que les éléments lourds (éléments plus lourds que l’hélium) y sont enrichis. Dans le même temps, les récents modèles de structure de Jupiter, basés sur les mesures du champ de gravité effectuées par la sonde Juno, suggèrent que l’intérieur de Jupiter n’est pas uniforme mais présente une structure complexe.
Puisque nous savons maintenant que l’intérieur de Jupiter n’est pas entièrement mélangé, nous nous attendons à ce que des éléments lourds soient présents dans l’intérieur profond d’une planète gazeuse géante, car les éléments lourds sont principalement accrétés au cours des premières étapes de la formation planétaire.
C’est ce que Ravit Helled, co-auteure de l’étude, professeure à l’Université de Zurich et membre du PRN PlanetS, commence à expliquer. “Ce n’est que dans les stades ultérieurs, lorsque la planète en croissance est suffisamment massive, qu’elle peut effectivement attirer de grandes quantités de gaz d’éléments légers comme l’hydrogène et l’hélium. Trouver un scénario de formation de Jupiter qui soit cohérent avec la structure intérieure prédite ainsi qu’avec l’enrichissement atmosphérique mesuré est donc un défi, mais il est essentiel pour notre compréhension des planètes géantes”, déclare Helled. Parmi les nombreuses théories qui ont été proposées jusqu’à présent, aucune n’a pu fournir une réponse satisfaisante.
Une longue migration
“Notre idée était que Jupiter avait collecté ces éléments lourds dans les derniers stades de sa formation en migrant. Ce faisant, elle aurait traversé des régions remplies de planétésimaux – de petits blocs de construction planétaires composés d’éléments lourds – et les aurait accumulés dans son atmosphère”, explique Sho Shibata, auteur principal de l’étude, chercheur postdoctoral à l’Université de Zurich et membre du PRN PlanetS.
Pourtant, la migration en elle-même ne garantit pas l’accumulation de la matière nécessaire. “En raison d’interactions dynamiques complexes, la planète qui migre n’accrète pas nécessairement les planétésimaux sur son chemin. Dans de nombreux cas, la planète les disperse plutôt – un peu comme un chien de berger qui disperse des moutons”, souligne Shibata. L’équipe a donc dû effectuer d’innombrables simulations pour déterminer si certaines voies de migration entraînaient une accrétion suffisante de matière.
“Nous avons découvert qu’un nombre suffisant de planétésimaux pouvait être capturé si Jupiter se formait dans les régions extérieures du système solaire – environ quatre fois plus éloignées du Soleil que là où il se trouve actuellement – et migrait ensuite vers sa position actuelle. Dans ce scénario, elle a traversé une région où les conditions favorisaient l’accrétion de matière – un sweet spot d’accrétion, comme nous l’appelons”, rapporte Sho.
Une nouvelle ère pour la science planétaire
En combinant les contraintes introduites par la sonde Galileo et les données de Juno, les chercheuses ont finalement trouvé une explication satisfaisante. “Cela montre à quel point les planètes gazeuses géantes sont complexes et combien il est difficile de reproduire leurs caractéristiques de manière réaliste” souligne Ravit Helled.
“Il nous a fallu beaucoup de temps en science planétaire pour arriver à un stade où nous pouvons enfin explorer ces détails avec des modèles théoriques et des simulations numériques actualisés. Cela nous aide à combler les lacunes dans notre compréhension non seulement de Jupiter et de notre système solaire, mais aussi des nombreuses planètes géantes observées en orbite autour d’étoiles lointaines”, conclut Helled.
Publication: Enrichment of Jupiter’s Atmosphere by Late Planetesimal Bombardment, Sho Shibata and Ravit Helled 2022 ApJL 926 L37, https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ac54b1