Les scientifiques sont sur le point de résoudre le mystère de l’exoplanète

Le numéro d’aujourd’hui Le nombre d’exoplanètes confirmées est de 5 197 dans 3 888 systèmes planétaires, avec 8 992 autres candidats en attente de confirmation. La plupart d’entre elles étaient des planètes particulièrement grandes, allant des géantes gazeuses de la taille de Jupiter à Neptune avec des rayons d’environ 2,5 fois celui de la Terre. Une autre population statistiquement significative est celle des planètes rocheuses avec des rayons terrestres d’environ 1,4 (“Super Terres”). Cela présente un mystère pour les astronomes, en particulier les exoplanètes découvertes par le vénérable télescope spatial Kepler.

Kepler de plus de 2600 planètes Il y a une rareté évidente d’exoplanètes découvertes avec des rayons d’environ 1,8 fois celui de la Terre – ils l’appellent la “vallée du rayon”. Le deuxième mystère concerne les planètes voisines de taille similaire dans des systèmes de centaines de planètes aux orbites harmonieuses, connues sous le nom de “pois dans une coquille”. Dans une étude menée par le projet Cycles of Volatile Elements Important for Life on Rocky Planets (CLEVER) de l’Université Rice, une équipe internationale d’astrophysiciens présente un nouveau modèle qui calcule l’interaction des forces agissant sur les planètes naissantes pouvant expliquer ces deux mystères. .

La recherche a été dirigée par André Izidoro, boursier postdoctoral Welch, dans le cadre du projet CLEVER Planets de Rice, financé par la NASA. Il a été rejoint par les chercheurs de CLEVER Planets Rajdeep Dasgupta et Andrea Isella, Hilke Schlichting de l’Université de Californie à Los Angeles (UCLA) et Christian Zimmermann et Bertram Bitsch du Max Planck Institute for Astronomy (MPIA). Comme ils le décrivent dans un article de recherche récemment publié Lettres du journal astrophysiquel’équipe a utilisé un supercalculateur pour exécuter un modèle de migration planétaire qui simulait les 50 premiers millions d’années du développement du système planétaire.

Dans leur modèle, les disques protoplanétaires de gaz et de poussière interagissent également avec les planètes en migration, les rapprochant de leurs étoiles mères et les enfermant dans des chaînes orbitales résonnantes. En quelques millions d’années, le disque protoplanétaire disparaît, rompant les chaînes et provoquant une instabilité orbitale qui provoque la collision de deux planètes ou plus. Bien que les modèles de migration planétaire soient utilisés pour étudier les systèmes planétaires qui maintiennent des résonances orbitales, ces découvertes sont une première pour les astronomes. Comme l’a déclaré l’Université Isidoro Rice dans un communiqué :

« 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. Nous pouvons également montrer qu’un modèle de formation de planètes qui intègre des impacts géants est cohérent avec la caractéristique de pois dans la coquille des exoplanètes.

Ce travail s’appuie sur des travaux antérieurs d’Isidoro et du projet CLEVER Planets. L’année dernière, ils ont utilisé un modèle de migration pour calculer la perturbation maximale dans le système à sept planètes de TRAPPIST-1. Dans un journal publié le 21 novembre 2021 Astronomie naturelle, ils ont utilisé des simulations à N corps pour montrer comment ce système « pois dans une cosse » peut maintenir sa structure orbitale cohérente malgré les collisions causées par la migration planétaire. Cela leur a permis de fixer des limites sur la limite supérieure des collisions et la masse des objets impliqués.

Leurs résultats montrent que les collisions dans le système TRAPPIST-1 sont comparables à l’impact qui a créé le système Terre-Lune. Isidoro a dit :

“La migration des jeunes planètes vers leurs étoiles crée une surpopulation et entraîne souvent des collisions cataclysmiques qui dépouillent les planètes de leurs atmosphères riches en hydrogène. Cela signifie que des impacts géants comme celui qui a formé notre lune sont probablement un résultat courant de la formation des planètes.”

Cette dernière étude montre qu’il existe deux variétés de planètes : les planètes sèches et rocheuses (super-Terres) qui sont 50 % plus grandes que la Terre, et les planètes riches en glace d’eau (mini-Neptunes) qui font environ 2,5 fois la taille de la Terre. De plus, ils suggèrent qu’une fraction de planètes deux fois plus grosses que la Terre conserverait une atmosphère primordiale riche en hydrogène. et être riche en eau. Selon Isidoro, ces résultats sont cohérents avec de nouvelles observations qui suggèrent que les super-Terres et les mini-Neptunes ne sont pas exclusivement des planètes sèches et rocheuses.

Ces découvertes offrent des opportunités aux chercheurs sur les exoplanètes qui s’appuieront sur le télescope spatial James Webb pour effectuer des observations détaillées des systèmes d’exoplanètes. À l’aide d’optiques avancées, d’imagerie infrarouge, de coronographes et de spectromètres, Webb et d’autres télescopes de nouvelle génération caractériseront les atmosphères et les surfaces des exoplanètes comme jamais auparavant.

Cet article a été initialement publié L’univers aujourd’hui Par Matt Williams. Lisez l’article original ici.

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