Un modèle explique la rareté des planètes dont les masses se situent entre les super-Terres et les mini-Neptunes

Un casse-tête connu sous le nom de “vallée du rayon” fait référence à la rareté des exoplanètes avec un rayon d’environ 1,8 fois celui de la Terre. Le vaisseau spatial Kepler de la NASA a observé des planètes de cette taille environ 2 à 3 fois moins fréquemment qu’il n’a observé des super-Terres avec des rayons d’environ 1,4 fois celui de la Terre et des mini-Neptunes avec des rayons d’environ 2,5 fois celui de la Terre. Le deuxième mystère, connu sous le nom de “pois dans une cosse”, fait référence aux planètes voisines de taille similaire qui ont été trouvées dans des centaines de systèmes planétaires. Ceux-ci incluent TRAPPIST-1 et Kepler-223, qui présentent également des orbites planétaires d’harmonie quasi musicale.

“Je crois que nous sommes les premiers à expliquer la vallée du rayon en utilisant un modèle de formation et d’évolution dynamique des planètes qui tient compte de manière cohérente de multiples contraintes d’observations”, a déclaré André Izidoro de l’Université Rice, auteur correspondant d’une étude publiée cette semaine dans Lettres du journal astrophysique. “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.”

Izidoro, boursier postdoctoral Welch du projet CLEVER Planets financé par la NASA, et les co-auteurs ont utilisé un superordinateur pour simuler les 50 premiers millions d’années du développement des systèmes planétaires à l’aide d’un modèle de migration planétaire. Dans le modèle, les disques protoplanétaires de gaz et de poussière qui donnent naissance aux jeunes planètes interagissent également avec elles, les rapprochant de leurs étoiles mères et les enfermant dans des chaînes orbitales résonnantes. Les chaînes se brisent en quelques millions d’années, lorsque la disparition du disque protoplanétaire provoque des instabilités orbitales qui conduisent deux ou plusieurs planètes à s’entrechoquer.

Les modèles de migration planétaire ont été utilisés pour étudier les systèmes planétaires qui ont conservé leurs chaînes orbitales résonnantes. Par exemple, les collègues d’Izidoro et de CLEVER Planets ont utilisé un modèle de migration en 2021 pour calculer la quantité maximale de perturbations que le système à sept planètes de TRAPPIST-1 aurait pu supporter pendant le bombardement tout en conservant sa structure orbitale harmonieuse.

Dans la nouvelle étude, Izidoro s’est associé aux chercheurs de CLEVER Planets Rajdeep Dasgupta et Andrea Isella, tous deux de Rice, Hilke Schlichting de l’Université de Californie à Los Angeles, et Christian Zimmermann et Bertram Bitsch de l’Institut Max Planck d’astronomie à Heidelberg, en Allemagne. .

“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. “Cela signifie que les impacts géants, comme celui qui a formé notre lune, sont probablement un résultat générique de la formation des planètes.”

La recherche suggère que les planètes se présentent sous deux “saveurs”, les super-Terres qui sont sèches, rocheuses et 50% plus grandes que la Terre, et les mini-Neptunes qui sont riches en glace d’eau et environ 2,5 fois plus grandes que la Terre. Izidoro a déclaré que de nouvelles observations semblent étayer les résultats, qui sont en contradiction avec la vision traditionnelle selon laquelle les super-Terres et les mini-Neptunes sont exclusivement des mondes secs et rocheux.

Sur la base de leurs découvertes, les chercheurs ont fait des prédictions qui peuvent être testées par le télescope spatial James Webb de la NASA. Ils suggèrent, par exemple, qu’une fraction de planètes d’environ deux fois la taille de la Terre conservera à la fois leur atmosphère primordiale riche en hydrogène et sera riche en eau.

La recherche a été financée par la NASA (80NSSC18K0828), la Welch Foundation (C-2035-20200401) et le Conseil européen de la recherche (757448-PAMDORA).

Source de l’histoire :

Matériaux fourni par Université du riz. Original écrit par Jade Boyd. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.