La structure du Système solaire serait héritée d’anneaux dans son disque protoplanétaire

Des simulations numériques permettent de donner une nouvelle interprétation des images de disques protoplanétaires fournies par le réseau de radiotélescopes Alma. Celui à l’origine du Système solaire aurait été formé de trois anneaux de matière dans lesquels les planètes seraient nées à partir de planétésimaux formés de la matière poussiéreuse confinée dans ces anneaux.

La cosmogonie du Système solaire est un sujet absolument fascinant qui combine des considérations savantes de mécanique céleste, d’hydrodynamique et de théorie cinétique des gaz mais aussi de cosmochimie. Dès le XIXe siècle, la science positive – pour reprendre les mots d’Auguste Comte – s’approprie l’étude de l’origine du Système solaire en se basant initialement sur les réflexions et les idées d’Emmanuel Kant et Pierre Laplace sur la formation par effondrement gravitationnel à partir d’un nuage de matière d’un disque protoplanétaire entourant le jeune Soleil et où la matière initialement chauffée par cet effondrement, ou par une autre raison, va se condenser en donnant les planètes.

Au tout début du XXe siècle, bien des théories cosmogoniques ont déjà été proposées à la suite des précédentes et elles sont magistralement exposées dans le traité de Poincaré. Toutefois, il est juste de dire pour la cosmogonie du Système solaire que l’équivalent de la révolution scientifique apportée par Newton en physique et astronomie ne prend vraiment corps qu’au cours des années 1960 à 1970, dans le cadre de la théorie de l’accrétion développée initialement et principalement par le Russe Viktor Safronov et l’États-unien George Wetherill.

Les planétésimaux de Chamberlin-Moulton
Il a en a résulté un scénario de la formation des planètes basé sur la physique et la chimie du Système solaire qui dans ses grandes lignes est accepté aujourd’hui, étant en plus soutenu par les observations concernant de jeunes systèmes planétaires en formation. Une bonne présentation en est donnée dans une série de vidéos dont la première est avec les explications, ci-dessus, de Alessandro Morbidelli, l’astronome et planétologue italien de l’observatoire de la Côte d’Azur, particulièrement connu pour ses travaux sur la dynamique du Système solaire, et Sean Raymond, chercheur au Laboratoire d’astrophysique de Bordeaux et également bien connu pour ses travaux dans le même domaine.

On fait ainsi connaissance dans cette vidéo avec l’hypothèse des planétésimaux dite de Chamberlin-Moulton, initialement proposée en 1905 par le géologue Thomas Chrowder Chamberlin et l’astronome Forest Ray Moulton pour décrire la formation du Système solaire. Elle faisait intervenir toute une série de petits corps dispersés dans un plan orbital autour du Soleil, des briques de futures planètes, qui allaient s’attirer gravitationnellement pour entrer en collision et se coller en faisant croître les embryons de planètes résultant par effet boule de neige, c’est-à-dire précisément le mécanisme de base derrière les calculs de Safronov et Whetherill.

Dans son impressionnante introduction à l’astronomie publiée en 1916, Forest Ray Moulton exposait une théorie possible de l’origine de ces planétésimaux fondée sur les observations de ses collègues de l’époque concernant les galaxies et les nébuleuses, dont on ignorait encore la nature exacte et surtout les distances.

Il y a longtemps, une étoile dans la Voie lactée serait passée trop proche du Soleil, lui arrachant par ses forces de marée des bras de matière chaude qui, en se condensant, allaient donner précisément les planétésimaux. Forest Ray Moulton montrait à l’appui de cette théorie des images de galaxies spirales.

Aujourd’hui, une équipe internationale d’astrophysiciens menée par André Izidoro de l’Université Rice, mais qui comprend aussi Sean Raymond et Bertram Bitsch de l’Institut Max-Planck d’astronomie, vient de publier les résultats d’un fascinant travail sur la cosmogonie du Système solaire dans le célèbre journal Nature Astronomy.

Remarquablement, ce travail qui porte sur les planétésimaux est en résonance avec des images de disques protoplanétaires semblables à celui de l’aube du Système solaire et qui ont été révélées par le réseau de radiotélescopes Alma (Atacama Large Millimeter Array) au Chili. Mais nous avons bien progressé du point de vue observationnel aussi bien que théorique depuis les temps de Forest Ray Moulton.

Il y a longtemps, une étoile dans la Voie lactée serait passée trop proche du Soleil, lui arrachant par ses forces de marée des bras de matière chaude qui, en se condensant, allaient donner précisément les planétésimaux. Forest Ray Moulton montrait à l’appui de cette théorie des images de galaxies spirales.

Aujourd’hui, une équipe internationale d’astrophysiciens menée par André Izidoro de l’Université Rice, mais qui comprend aussi Sean Raymond et Bertram Bitsch de l’Institut Max-Planck d’astronomie, vient de publier les résultats d’un fascinant travail sur la cosmogonie du Système solaire dans le célèbre journal Nature Astronomy.

Remarquablement, ce travail qui porte sur les planétésimaux est en résonance avec des images de disques protoplanétaires semblables à celui de l’aube du Système solaire et qui ont été révélées par le réseau de radiotélescopes Alma (Atacama Large Millimeter Array) au Chili. Mais nous avons bien progressé du point de vue observationnel aussi bien que théorique depuis les temps de Forest Ray Moulton.

Des bosses dans le champ de pression des disques protoplanétaires
C’est en voulant comprendre par des simulations numériques les anneaux révélés par les télescopes, notamment ceux de HL Tauri, que l’équipe de chercheurs est arrivée à la conclusion que le disque protoplanétaire du Système solaire devait lui-même en contenir trois, délimitant des réservoirs chimiques bien précis et relativement isolés les uns des autres et surtout rendant bien compte des tailles et des compositions des corps planétaires du Système solaire et de leur répartition.

Comme on l’avait compris de longue date, tout est le produit d’interaction entre la chimie et la physique.

On est ainsi en présence de champs de température et de pression dans un disque protoplanétaire avec un gradient chimique et diverses forces en présence, la gravitation comme des forces de frottement, la pression de la lumière et d’autres forces relevant de l’électromagnétisme.

Les calculs montrent aujourd’hui que les anneaux résulteraient de bosses dans les champs de pression, de sorte que les régions internes soient le lieu de pressions inférieures à celles aux bords externes des anneaux qui sont donc des pièges à poussières et cailloux, bloquant leur dérive sous l’effet du frottement avec le gaz en direction de l’étoile centrale.

Source : https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/cosmogonie-structure-systeme-solaire-serait-heritee-anneaux-son-disque-protoplanetaire-70888/

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