Une modélisation récente d'étoiles semblables au Soleil avec des systèmes planétaires a révélé qu'un système avec quatre planètes rocheuses et quatre géantes gazeuses sur des orbites stables - et seulement une ceinture externe de planétésimaux peu peuplée - a seulement 15 à 25% de chances de se développer. Bien que vous soyez sceptique quant à la validité d'un modèle qui place notre système planétaire le plus connu dans le panier improbable, il peut y avoir une part de vérité dans cette conclusion.
Cette modélisation a été informée par la base de données actuelle d'exoplanètes connues et autrement basée sur certaines hypothèses raisonnables à première vue. Premièrement, on suppose que les géantes gazeuses ne peuvent pas se former dans la ligne de gel d'un système - une ligne au-delà de laquelle des composés d'hydrogène, comme l'eau, le méthane et l'ammoniac, existeraient sous forme de glace. Pour notre système solaire, cette ligne est à environ 2,7 unités astronomiques du Soleil - qui est à peu près au milieu de la ceinture d'astéroïdes.
On pense que les géants du gaz ne peuvent se former que si loin que leur formation nécessite un grand volume de matériau solide (sous forme de glaces) qui deviennent ensuite les noyaux des géants du gaz. Bien qu'il puisse y avoir autant de matériaux rocheux comme le fer, le nickel et le silicium en dehors de la ligne de gel, ces matériaux ne sont pas suffisamment abondants pour jouer un rôle important dans la formation de planètes géantes et les planétésimaux qu'ils peuvent former sont soit engloutis par les géants, soit jetés hors orbite.
Cependant, dans la ligne de gel, les matériaux rocheux sont la base dominante pour la formation de la planète - puisque la plupart des gaz légers sont soufflés hors de la région par la force du vent stellaire et d'autres composés légers (tels que H2O et CO2) ne sont soutenus que par l’accrétion dans les planétésimaux de formation de matériaux plus lourds (tels que le fer, le nickel et les silicates). Des planètes rocheuses de taille appréciable se formeraient probablement dans ces régions dans les 10 à 100 millions d'années après la naissance de l'étoile.
Donc, peut-être un peu paroissialement, on suppose que vous commencez avec un système de trois régions - une région de formation de planète terrestre intérieure, une région de formation de géante gazeuse et une région extérieure de planétésimaux non liés, où la gravité de l'étoile n'est pas suffisante pour attirer le matériau pour s'engager dans une nouvelle accrétion.
À partir de cette base, Raymond et al ont exécuté un ensemble de 152 variations, desquelles un certain nombre de règles générales ont émergé. Premièrement, il semble que la probabilité de maintenir des planètes internes terrestres dépende fortement de la stabilité des orbites des géantes gazeuses. Fréquemment, les perturbations gravitationnelles parmi les géantes gazeuses les amènent à adopter des orbites elliptiques plus excentriques qui effacent ensuite toutes les planètes terrestres - ou les envoient s'écraser dans l'étoile. Seuls 40% des systèmes conservaient plus d'une planète terrestre, 20% n'en avaient qu'une et 40% les avaient tous perdus.
Les disques de débris de poussière chaude et froide se sont révélés être des phénomènes courants dans les systèmes arrivés à maturité qui retenaient les planètes terrestres. Dans tous les systèmes, la poussière primaire est en grande partie éliminée au cours des quelques centaines de millions d'années - par rayonnement ou par des planètes. Mais, là où les planètes terrestres sont conservées, il y a reconstitution de cette poussière - probablement par broyage collisionnel de planétésimaux rocheux.
Cette constatation se reflète dans le titre du document Les disques de débris comme indicateurs de la formation des planètes terrestres. Si ce travail de modélisation reflète fidèlement la réalité, les disques de débris sont courants dans les systèmes à géantes gazeuses stables - et donc aux planètes terrestres persistantes - mais sont absents des systèmes à orbites géantes à gaz très excentriques, où les planètes terrestres ont été nettoyées.
Néanmoins, le système solaire apparaît comme inhabituel dans ce schéma. Il est proposé que les perturbations dans les orbites de nos géantes gazeuses, conduisant au bombardement lourd tardif, étaient en effet tardives par rapport au comportement habituel des autres systèmes. Cela nous a laissé un nombre inhabituellement élevé de planètes terrestres qui s'étaient formées avant le début de la reconfiguration des géantes gazeuses. Et le retard de l'événement, après que toutes les collisions qui ont construit les planètes terrestres aient été terminées, a effacé la plupart du disque de débris qui aurait pu être là - à part cette faible touche de lumière zodiacale que vous pourriez remarquer dans un ciel sombre après le coucher du soleil ou avant l'aube.
Lectures complémentaires: Les disques de Raymond et al Debris en tant que panneaux indicateurs de la formation des planètes terrestres.
