Jusqu'à très récemment, nous pensions que notre système solaire était le prototype le long duquel d'autres systèmes planétaires devraient être construits. Nous pensions qu'il y avait deux classes de planètes: les mondes solides, que nous trouvons regroupés à l'intérieur, et les géantes gazeuses qui sont plus éloignées. À partir des années 1990, nous avons commencé à détecter des planètes à proximité d'autres étoiles, puis nous avons découvert que notre système solaire n'était pas tout à fait normal. Dans un nouvel article qui a été accepté pour publication cette semaine, deux astrophysiciens de l'Université de Columbia ont tenté de comprendre pourquoi.
Il s'avère qu'avoir de petites planètes solides dans le système solaire interne et de grandes géantes gazeuses à l'extérieur n'est pas tout à fait normal. Les géantes gazeuses et les planètes rocheuses peuvent être trouvées partout, et les grandes planètes ont exactement les mêmes chances d'être plus proches de leur étoile que les petites. Les planètes que nous avons découvertes ont montré que rien n'empêche les géantes gazeuses de devenir des «Jupiters chauds», encore plus - elles le font assez souvent. La deuxième surprise est encore plus surprenante et vaut le travail de pionnier de l'observatoire spatial Kepler de la NASA. Bien que les mondes solides de la taille de la Terre - à la fois plus grands et plus petits - soient aussi courants que les mondes de la taille de Neptune et de Jupiter, il existe une troisième classe de planètes, la plus commune de toutes. Entre les tailles de la Terre et de Neptune, il y a une option que nous avons négligée: une super-terre (ou mini-neptune). Et il s'est avéré que la super-Terre est plus grande que toute autre planète.
La première question qui s'est posée pour nous: pourquoi cette classe de mondes étonnants est-elle si densément peuplée? Mais au fur et à mesure que nos modèles de formations planétaires proches des étoiles s'amélioraient, nous avons commencé à voir qu'avec les planètes survivantes, une distribution régulière est apparue. En règle générale, les mondes trop peu massifs étaient absorbés, jetés ou projetés au Soleil par d'autres corps. À mesure que la masse de la planète augmentait, la probabilité de leur survie augmentait également. Plus le monde est massif - de préférence trois fois plus massif que la Terre - plus il est probable que son attraction gravitationnelle l'enveloppe d'hydrogène et d'hélium. Ces mondes de masse intermédiaires devraient se situer quelque part entre les planètes rocheuses et les géantes gazeuses. Mais si vous recherchez des mondes de plus en plus massifs, vous verrez qu'il y en a de moins en moins. L'univers ne génère pas un nombre excessif de mondes massifs simplement parce qu'il contient des matières premières. Il faudrait 317 de nos planètes pour former Jupiter seul.
Au fur et à mesure que notre compréhension de l'éducation planétaire s'améliorait, nous avons commencé à nous poser des questions de fond. Si les super-terres étaient le type de mondes le plus courant, qu'y a-t-il de si spécial dans le système solaire que nous n'avons pas une seule super-terre? Les options sont intéressantes mais décevantes:
- De jeunes super-terres se sont formées, mais n'ont pas survécu, ont peut-être été rejetées avec la migration de planètes géantes.
- L'ensemble du système solaire interne s'est formé avant que Jupiter ne se déplace vers l'extérieur, et les mondes solides se sont révélés petits, car ils se sont formés tardivement, alors que tout le matériel avait déjà été épuisé.
- Nos géantes gazeuses massives et le Soleil ont saisi le premier matériau formant une planète, ne laissant aucune chance à la super-terre.
Cependant, en utilisant les derniers développements en matière de prévision probabiliste, les scientifiques Jinjin Chen et David Kipping ont proposé une nouvelle explication intéressante et complète. Peut-être avons-nous eu tort.
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Dans la plupart des cas, lorsque nous observions des planètes, nous connaissions soit la masse, soit le rayon, mais pas les deux paramètres en même temps. Mais sans connaître un paramètre, il est impossible de comprendre à quel genre de monde nous avons affaire, avec un solide comme la Terre ou avec un gazeux comme Neptune. Imaginez deux mondes complètement différents, dont chacun est trois fois plus massif que la Terre: l'un a un noyau solide de 2,8 masses terrestres avec une mince couche de gaz autour de lui, et l'autre a un noyau solide de 1,5 masse terrestre et la même quantité de gaz dans l'atmosphère. La première planète sera similaire à la Terre, mais en réalité c'est une super-Terre: plus grande, plus massive et avec une atmosphère plus mince. La deuxième planète ressemblera plus à une mini-neptune: 10 000 kilomètres "d'atmosphère" au-dessus d'une surface solide dans toutes les directions, et la pression à la surface écrasera instantanément toute vie que nous connaissons.
Les découvertes de Chen et Kipping permettent de tracer avec précision la ligne entre les super-Terres et les mini-neptune. Ils ont présenté un système de notation qui surpasse de loin nos estimations désastreuses précédentes. Leur variante:
- Tout monde pesant moins de 2,0 ± 0,6 Terre est susceptible d'être solide.
- Tout monde entre 2,0 et 130 masses terrestres sera similaire à Neptune.
- Tout ce qui est plus massif que 8% de notre Soleil sera une étoile.
- C'est tout. Une autre classification, selon les astrophysiciens, serait un non-sens complet.
Cela nous dit également que la plupart des mondes que nous appelons «super-terres» sont en fait situés à l'extrémité de faible masse de mondes de type neptune, confirmant un soupçon de longue date. Pour les planètes trouvées par la méthode de transit, un monde solide avec une masse de 2,0 Terres aura un rayon d'environ 25% plus grand que la Terre; si plus, ce sera presque certainement un monde semblable à une neptune avec une énorme coque d'hydrogène-hélium.
Et savez-vous pourquoi il n'y a pas de super-terres dans notre système solaire? Car avec des masses de respectivement 50% et 40% de ce seuil de transit, la Terre et Vénus sont exactement les super-Terres que nous recherchons: des planètes solides de grande masse. La prochaine «classe» de planètes sera des mondes de type Neptune, et nous en avons trois.
"Un grand nombre de planètes découvertes avec une masse de 2 à 10 Terres sont souvent citées comme preuve que les super-Terres sont très communes et que notre système solaire, il s'avère, est inhabituel", écrivent les auteurs. «Cependant, si la frontière entre les mondes terrestre et neptunien est déplacée vers 2 masses terrestres, le système solaire ne sera plus inhabituel. Selon notre définition, seules trois des huit planètes du système solaire sont des mondes neptuniens, qui sont le type de planètes le plus courant autour d'autres étoiles de type solaire."
En d'autres termes, il est vrai qu'il n'y a pas de planètes dans notre système solaire entre deux et dix masses terrestres, et cela en soi est rare. Mais ce n'est pas la meilleure façon de classer les planètes; ils font simplement partie de la gamme des mondes neptuniens, et nous en avons trois. Il s'avère que nous nous sommes complètement trompés sur le problème des super-terres manquantes. Si nous le considérons correctement, il y aura deux conclusions intéressantes: ce que nous appelons les super-terres ne ressemble pas du tout à la Terre, et il n'y a pas de problème, car rien n'a disparu dans notre système solaire.
ILYA KHEL
