Un regard plus attentif sur l’histoire d’origine de Jupiter

L’histoire de l’origine de Jupiter est l’une des questions ouvertes les plus importantes de la théorie de la formation planétaire. Grâce à une modélisation informatique sophistiquée, des chercheurs de l’Université de Zurich (UZH) et du Pôle de recherche national (NCCR) PlanetS apportent désormais un nouvel éclairage sur l’histoire de la formation de Jupiter. Leurs résultats ont été publiés dans Les lettres du journal astrophysique†

Un curieux enrichissement d’éléments lourds

Lorsque la sonde spatiale Galileo a lâché une sonde qui s’est parachutée dans l’atmosphère de Jupiter en 1995, elle a montré entre autres que des éléments lourds (éléments plus lourds que l’hélium) s’y sont enrichis. Dans le même temps, de récents modèles de structure de Jupiter basés sur des mesures du champ de gravité par le vaisseau spatial Juno suggèrent que l’intérieur de Jupiter n’est pas uniforme mais a une structure complexe.

“Puisque nous savons maintenant que l’intérieur de Jupiter n’est pas entièrement mélangé, nous nous attendrions à ce que des éléments lourds se trouvent dans l’intérieur profond d’une planète gazeuse géante, car les éléments lourds sont principalement accrétés au cours des premières étapes de la formation planétaire”, a déclaré le co-auteur de l’étude, Professeur à l’Université de Zurich et membre du PRN PlanetS, Ravit Helled commence à s’expliquer. “Ce n’est que dans les étapes ultérieures, lorsque la planète en croissance est suffisamment massive, qu’elle peut attirer efficacement de grandes quantités de gaz d’éléments légers comme l’hydrogène et l’hélium. Trouver un scénario de formation de Jupiter qui est cohérent avec la structure intérieure prédite ainsi qu’avec l’atmosphère mesurée l’enrichissement est donc difficile mais essentiel pour notre compréhension des planètes géantes », déclare Helled. Parmi les nombreuses théories qui ont été proposées jusqu’à présent, aucune n’a pu fournir de réponse satisfaisante.

Une longue migration

“Notre idée était que Jupiter avait collecté ces éléments lourds dans les derniers stades de sa formation en migrant. Ce faisant, il se serait déplacé à travers des régions remplies de soi-disant planétésimaux – de petits blocs de construction planétaires composés de matériaux d’éléments lourds – et les a accumulés dans son atmosphère », explique l’auteur principal de l’étude, Sho Shibata, chercheur postdoctoral à l’Université de Zurich et membre du NCCR PlanetS.

Pourtant, la migration en elle-même ne garantit pas l’accrétion du matériel nécessaire. “En raison d’interactions dynamiques complexes, la planète migrante n’accumule pas nécessairement les planétésimaux sur son chemin. Dans de nombreux cas, la planète les disperse à la place, un peu comme un chien de berger qui disperse des moutons”, souligne Shibata. L’équipe a donc dû exécuter d’innombrables simulations pour déterminer si des voies de migration entraînaient une accrétion matérielle suffisante.

“Ce que nous avons découvert, c’est qu’un nombre suffisant de planétésimaux pourraient être capturés si Jupiter se formait dans les régions extérieures du système solaire – environ quatre fois plus loin du Soleil que là où il se trouve actuellement – puis migrait vers sa position actuelle. ce scénario, il s’est déplacé dans une région où les conditions favorisaient l’accrétion matérielle – un point idéal d’accrétion, comme nous l’appelons », rapporte Sho.

Une nouvelle ère en sciences planétaires

En combinant les contraintes introduites par la sonde Galileo et les données Juno, les chercheurs ont finalement trouvé une explication satisfaisante. “Cela montre à quel point les planètes gazeuses géantes sont complexes et combien il est difficile de reproduire de manière réaliste leurs caractéristiques”, souligne Ravit Helled.

“Il nous a fallu beaucoup de temps en sciences planétaires pour arriver à un stade où nous pouvons enfin explorer ces détails avec des modèles théoriques et des simulations numériques mis à jour. Cela nous aide à combler les lacunes dans notre compréhension non seulement de Jupiter et de notre système solaire, mais aussi de les nombreuses planètes géantes observées en orbite autour d’étoiles lointaines », conclut Helled.

Fourni par le PRN PlanetS