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Pourquoi Jupiter n'est-il pas devenu un Jupiter chaud?

Pourquoi Jupiter n'est-il pas devenu un Jupiter chaud?

Jusqu'à la découverte du premier Hot Jupiter, les astronomes qui ont étudié le système solaire pensaient qu'ils avaient une assez bonne compréhension de la façon dont nous sommes tous arrivés ici.

Au cours d'un milliard d'années, le lent regroupement des grains de poussière a formé les planètes rocheuses à l'intérieur du système solaire interne. Au-delà de la ceinture d'astéroïdes, les géantes gazeuses grandes et puissantes ont évolué de corps glacés ressemblant à des astéroïdes de la taille de la Terre à des planètes massives avec des atmosphères de gaz de dizaines de milliers de kilomètres d'épaisseur en collectant les gaz abondants circulant autour du système solaire précoce qui seraient les plus denses plus loin du soleil.

N'ayant jamais vu un autre système planétaire auquel le comparer, la belle croissance ordonnée et la ségrégation éventuelle des différentes classes de planètes en zones nettes, presque divinement mandatées, avaient un certain attrait.

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Cela cadrait bien avec nos divisions implicites en héritières et relations vassales-patrons découlant de la grande disparité de pouvoir qui constitue la majeure partie de l'histoire humaine. Cela a commencé à changer au milieu des années 1990 après la découverte d'exoplanètes en orbite autour d'autres soleils qui ont directement remis en question nos hypothèses et ont immédiatement remis en question presque tout ce que nous pensions savoir sur la formation des planètes.

L'abondance des astronomes Jupiters chauds et Super Earths Gaslights

La découverte de Peg 51, la première exoplanète jamais découverte en orbite autour d'une étoile similaire à la nôtre, ne ressemblait à rien de ce que nous avions jamais vu. Il a la moitié de la masse et à peu près le même diamètre comme Jupiter, mais cela ne prenait que 4 jours mettre en orbite son étoile, une période orbitale qui semblait impossible pour quelque chose d'aussi massif.

La seule façon dont cela avait du sens était si Peg 51 était inférieur à 10 millions de miles de la surface de son étoile. Non seulement les observations ultérieures l'ont confirmé, mais d'autres astronomes qui étudiaient d'autres systèmes stellaires trouvaient ces soi-disant Jupiters chauds partout. Beaucoup de ces systèmes stellaires avaient même plusieurs corps en orbite très proche autour de leurs étoiles, dont beaucoup comptaient plusieurs masses terrestres ou plus.

Ce qu'ils ne voyaient pas dans ces systèmes solaires était un système qui ressemblait au nôtre. Les divisions nettes et ordonnées de notre système d'origine, avec les petits mondes rocheux à l'intérieur et les grandes géantes gazeuses à l'extérieur - avec presque toutes les planètes en orbite autour du soleil dans une ellipse bien formée avec très peu d'excentricité - était en fait un monstre galactique de la nature.

Dans les années qui ont suivi, les scientifiques ont recommencé à se pencher sur les conditions qui ont produit le système solaire dans lequel nous vivons et l'histoire qui commence à émerger renverse l'ancienne et ennuyeuse histoire d'origine d'une croissance lente, régulière et stable.

Comprendre l'évolution de Jupiter chaud

Le mystère essentiel des Jupiters chauds auxquels les astronomes ont été confrontés en observant d'autres systèmes essayait d'imaginer quel processus aurait pu amener quelque chose d'aussi grand à s'installer sur une orbite ultra-rapide à seulement un dixième de la distance de son étoile telle que nous le sommes à notre soleil.

Les scientifiques ont mis au point trois théories majeures, mais nous n'avons qu'à nous préoccuper de l'une d'entre elles, la théorie de la migration.

Tout comme un trou noir est entouré d'un disque d'accrétion, la première étape de la formation d'étoiles produit également un disque similaire de poussière, de gaz et de débris autour de l'étoile. En raison de la façon dont la gravité des étoiles interagit avec les gaz de son disque d'accrétion, les gaz du disque sont lentement aspirés dans l'étoile, créant une sorte de tourbillon stellaire avec le four stellaire en son cœur.

Comme ce sont les régions extérieures du disque d'accrétion qui sont généralement les plus denses en gaz, cet effet tourbillon sur les gaz beaucoup plus éloignés est encore plus puissant et pourrait même réduire la vitesse radiale de l'orbite d'une géante gazeuse balayant efficacement la géante gazeuse. avec son courant et l'entraînant plus loin dans le système stellaire dans une spirale de plus en plus tendue vers l'étoile.

Rentrez chez vous Jupiter, vous êtes ivre

Dans les mythologies grecques et romaines antiques, Jupiter - ou Zeus, dans sa manifestation grecque - était un roi du panthéon classique de mauvaise humeur, violent et indifférent. Quelle que soit la catastrophe provoquée par Jupiter dans l'Univers, et il y en avait beaucoup, ce n'est jamais Jupiter qui en a subi les conséquences mais les spectateurs souvent innocents qui se trouvaient au mauvais endroit au mauvais moment.

Il s'avère que Jupiter, la planète, ne s'est peut-être pas mieux comportée dans sa jeunesse que la figure mythologique pour laquelle elle a été nommée. Tout comme les astronomes ont cherché à expliquer comment une géante gazeuse devient un Jupiter chaud, d'autres ont essayé d'apprendre pourquoi notre Jupiter n'a pas devenez un et, jusqu'à présent, les preuves commencent à révéler un système solaire précoce qui a été le théâtre d'une série d'événements remarquables.

Les recherches les plus récentes nous disent que Jupiter a commencé sa vie sous la forme d'un astéroïde glacé de la taille de la Terre. Ces données montrent que ce corps glacé, qui continuerait à former le noyau de la géante gazeuse que nous voyons aujourd'hui, a commencé quatre fois aussi éloigné du Soleil que Jupiter l'est aujourd'hui, plaçant son lieu de naissance entre les orbites actuelles d'Uranus et de Neptune.

On pense qu'environ 2-3 millions d'années après sa formation initiale dans le disque d'accrétion du Soleil, Jupiter a commencé une 700 millions d'années période effectuant ce que certains scientifiques appellent le Grand Tack, inspiré par le type de manœuvre de «virement de bord» qu'un bateau effectue lorsqu'il se dirige vers une bouée, glisse au-dessus et autour de celle-ci, puis repart dans la direction d'où il vient. Dans le cas de Jupiter, cette manœuvre de Grand Tack par le géant gazier en pleine croissance affecterait profondément l’évolution du système solaire.

Dans d’autres systèmes exoplanétaires que nous avons étudiés, l’une des caractéristiques prédominantes est la prédominance de systèmes avec une à plusieurs planètes de la taille de la Super Terre en orbite étroite autour d’une étoile; quelque chose qui manque à notre système solaire.

Dans sa migration orbitale de plus en plus serrée, l’influence gravitationnelle de Jupiter aurait entraîné d’innombrables astéroïdes et autres matériaux proto-planétaires en cascade dans le système solaire interne. La gravité de Jupiters aurait également déformé les orbites des mondes de la taille de la Super Terre en évolution en des mondes plus elliptiques, et peut-être superposés, tout en faisant pleuvoir l'enfer des astéroïdes de l'extérieur.

Aussi violentes que ces collisions aient pu être, l'effet le plus important de cette cascade d'astéroïdes et de planétoïdes entrés en collision est ce qu'elle a fait aux gaz du système solaire interne. L'avalanche inattendue de matériaux rocheux a entraîné des forces aérodynamiques qui ont capturé les corps planétaires croissants du système solaire interne dans leurs courants et ont finalement balayé ces planètes dans le soleil lui-même.

Les simulations montrent que ce Grand Tack of Jupiter aurait complètement détruit l'un des grands corps en évolution pris au piège de son pèlerinage intérieur vers le Soleil.

Une intervention ponctuelle et modératrice

Cela aurait dû être le cas, mais ce n’est manifestement pas le cas. Jupiter, plutôt que de poursuivre sa migration à quelques millions de kilomètres du Soleil comme l'aurait fait un Jupiter chaud, a plutôt changé de cap: il a viré.

Alors que Jupiter est arrivé à l'intérieur 1,5 UA du soleil, à peu près là où Mars est maintenant, sa migration vers l’avant s’est interrompue et il a commencé à se retirer du Soleil. En fait, Jupiter n’était pas la seule géante gazeuse en mouvement. Neptune et Uranus commençaient leur propre version de ce processus, tout comme le plus important de tous: Saturne.

S'appuyant sur des centaines de millions d'années derrière Jupiter, Saturne était devenue suffisamment grande pour que sa gravité commence à exercer une traction suffisamment forte sur Jupiter pour que l'orbite de Jupiter, plutôt que de se resserrer, commence à l'éloigner du Soleil.

En peu de temps, les orbites de Jupiter et de Saturne se sont verrouillées en résonance, permettant aux deux géantes gazeuses d'éliminer tous les gaz restants entre elles. Sans ces gaz pour conduire leurs migrations, Jupiter et Saturne se sont installés sur leurs orbites actuelles et stables.

Ce que Jupiter a laissé dans le système solaire interne, en termes cosmiques, n'était presque rien, mais on croyait que lorsque Jupiter revenait sur son orbite actuelle, il entraînait ce que les flotteurs et les jetsam restaient sur des orbites circulaires stables. Au cours des quelques centaines de millions d’années suivantes, les débris laissés après la charge destructrice de Jupiter vers le Soleil se fondraient dans les planètes du système solaire interne que nous connaissons aujourd'hui.

Jupiter lancera occasionnellement un astéroïde glacé ou deux sur les planètes intérieures - qui, lorsque la terre était jeune, ont commencé à s'accumuler et finiraient par former des océans d'eau liquide - mais pour la plupart, le rôle de Jupiter en tant que destructeur des mondes est terminé, freiné par l'influence gravitationnelle modératrice de Saturne.

Maintenant, plutôt que notre destructeur, Jupiter est devenu notre protecteur. Contenant 2,5 fois la masse de toutes les autres planètes combinées, Jupiter agit comme un bouclier gravitationnel en orbite autour du système solaire interne, redirigeant la plupart vers presque tous les astéroïdes et débris entrants éloignés du système solaire interne (il y a des exceptions importantes, bien sûr).

Ce répit a donné à la Terre le temps dont elle avait besoin pour faire évoluer des formes de vie de plus en plus complexes, à l'abri du retard ou de la destruction de son travail lors d'impacts répétés et catastrophiques d'astéroïdes. En retour, Jupiter et Saturne ont une communauté d'humains ici sur Terre qui reconnaissent le rôle de ces planètes avec gratitude, ce que, à notre connaissance, aucune autre géante gazeuse de l'univers ne peut prétendre.


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