Il y a un nouveau type de planète en ville, même si vous ne le trouverez pas dans des systèmes solaires bien vieillis comme le nôtre. C’est plutôt une étape de formation que peuvent traverser des planètes comme la Terre. Et son existence permet d'expliquer la relation entre la Terre et notre Lune.
Le nouveau type de planète est une énorme masse de roches chaudes vaporisées en forme de beignet, formée lorsque des objets de la taille d'une planète se fracassent. Les deux scientifiques à l'origine de l'étude expliquant ce nouveau type de planète l'ont baptisé «synestia». Simon Lock, étudiant diplômé de l'Université de Harvard, et Sarah Stewart, professeur au Département des sciences de la Terre et des planètes de l'Université de Californie, Davis, disons que la Terre était à une époque une syneste.
La théorie actuelle de la formation planétaire se présente comme suit: Lorsqu'une étoile se forme, le matériau restant est en mouvement autour de l'étoile. Ce matériau restant est appelé disque protoplanétaire. Le matériau coagule en corps plus grands lorsque les plus petits entrent en collision et se rejoignent.
À mesure que les corps deviennent de plus en plus grands, la force de leurs collisions devient de plus en plus grande, et lorsque deux grands corps sont entrés en collision, leur matériau rocheux fond. Ensuite, le corps nouvellement créé se refroidit et devient sphérique. Il est entendu que c'est ainsi que la Terre et les autres planètes rocheuses de notre système solaire se sont formées.
Lock et Stewart ont examiné ce processus et ont demandé ce qui se passerait si le corps résultant tournait rapidement.
Lorsqu'un corps tourne, la loi de conservation de l'élan angulaire entre en jeu. Cette loi dit qu'un corps en rotation tournera jusqu'à ce qu'un couple externe le ralentisse. L'exemple souvent utilisé du patinage artistique explique cela.
Si vous avez déjà regardé des patineurs artistiques, et qui ne l’a pas déjà fait, leurs actions sont très instructives. Lorsqu'un seul patineur tourne rapidement, elle étend ses bras pour ralentir la vitesse de rotation. Quand elle replie ses bras dans son corps, elle accélère à nouveau. Son élan angulaire est conservé.
Cette courte vidéo montre les patineurs artistiques et la physique en action.
Si vous n'aimez pas le patinage artistique, celui-ci utilise la Terre pour expliquer l'élan angulaire.
Prenons maintenant l'exemple d'une paire de patineurs artistiques. Quand ils se tournent tous les deux et que les deux se rejoignent en se tenant par la main et le bras, leur élan angulaire est additionné et conservé.
Remplacer deux patineurs artistiques par deux planètes, et c'est ce que les deux scientifiques derrière l'étude ont voulu modéliser. Que se passerait-il si deux grands corps à haute énergie et à grand moment angulaire entraient en collision?
Si les deux corps avaient des températures suffisamment élevées et un moment angulaire suffisamment élevé, un nouveau type de structure planétaire se formerait: la synestia. "Nous avons examiné les statistiques des impacts géants, et nous avons constaté qu'ils peuvent former une structure complètement nouvelle", a déclaré Stewart.
"Nous avons examiné les statistiques des impacts géants, et nous avons constaté qu'ils peuvent former une structure complètement nouvelle." - Professeur Sarah Stewart, Département des sciences de la Terre et des planètes à l'Université de Californie, Davis.
Comme expliqué dans un communiqué de presse de l'UC Davis, pour qu'une synestia se forme, une partie du matériau vaporisé de la collision doit aller en orbite. Lorsqu'une sphère est solide, chaque point sur elle tourne à la même vitesse, sinon à la même vitesse. Mais quand une partie du matériau est vaporisée, son volume augmente. S'il se dilate suffisamment et s'il se déplace assez rapidement, il quitte l'orbite et forme une énorme synestie en forme de disque.
D'autres théories ont proposé que deux corps suffisamment grands pourraient former une masse fondue en orbite après une collision. Mais si les deux corps avaient suffisamment d'énergie et de température pour vaporiser une partie de la roche, la syneste résultante occuperait un espace beaucoup plus grand.
"Le principal problème avec la recherche de synestias autour d'autres étoiles est qu'elles ne durent pas longtemps. Ce sont des objets transitoires et évolutifs qui sont fabriqués pendant la formation de la planète. » - Professeur Sarah Stewart, UC Davis.
Ces synestias ne dureraient probablement pas très longtemps. Ils refroidiraient rapidement et se condenseraient en corps rocheux. Pour un corps de la taille de la Terre, la synestia pourrait ne durer que cent ans.
La structure de la synestia éclaire la façon dont les lunes se forment. La Terre et la Lune sont très similaires en termes de composition, il est donc probable qu'elles se soient formées à la suite d'une collision. Il est possible que la Terre et la Lune se soient formées à partir de la même synésie.
Ces synestias ont été modélisées, mais elles n'ont pas été observées. Cependant, le télescope spatial James Webb aura le pouvoir de scruter des disques protoplanétaires et d'observer la formation de planètes. Obtiendra-t-il une syneste?
«Ce sont des objets transitoires et évolutifs qui sont fabriqués pendant la formation de la planète.» - Professeur Sarah Stewart, UC Davis
Dans un échange de courriels avec Space Magazine, la Dre Sarah Stewart de UC Davis, l'une des scientifiques à l'origine de l'étude, nous a dit que «le principal problème avec la recherche de synestias autour d'autres étoiles est qu'elles ne durent pas longtemps. Ce sont des objets transitoires et évolutifs qui sont fabriqués pendant la formation de la planète. »
«Donc, le meilleur pari pour trouver une synestie rocheuse est de jeunes systèmes où le corps est proche de l'étoile. Pour les planètes géantes gazeuses, elles peuvent former une synestie pendant une période de leur formation. Nous approchons de la possibilité d'imager des disques circumplanétaires dans d'autres systèmes stellaires. »
Une fois que nous avons la capacité d'observer des planètes se formant dans leurs disques circumstellaires, nous pouvons constater que les synestias sont plus courantes que rares. En fait, les planètes peuvent passer plusieurs fois par la phase synestiale. Le Dr Stewart nous a dit que «sur la base des statistiques présentées dans notre article, nous nous attendons à ce que la plupart (plus de la moitié) des planètes rocheuses qui se forment d'une manière similaire à la Terre deviennent des synestias une ou plusieurs fois au cours de la phase d'impact géant de l'accrétion. "
