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Deux faces émergentes des systèmes planétaires rocheux – Forming Worlds – Medium

Deux faces émergentes des systèmes planétaires rocheux - Forming Worlds - Medium


Ceci est une reprise d'un original contribution à Communauté d'astronomie de recherche sur la nature, discuter du projet de recherche publié en tant que Lichtenberg et al., Nature Astronomy Letters (2019). Un lien gratuit à la publication peut être trouvé ici.

L'eau semble être abondante sur Terre et couvre plus des deux tiers de la surface de notre monde. Mais en termes astronomiques, les planètes terrestres internes semblent très sèches. Comparés à la fraction relative des géants du gaz et de la glace du système solaire, ils ne possèdent pas leur "juste part" de composés volatils par rapport au Soleil. Outre l’absence de terres, les fractions de masse d’eau acquises représentent environ 1% des phases de glace haute pression à l’interface entre l’océan mondial et le manteau de silicate des planètes terrestres situées dans la zone d’eau liquide autour des étoiles naines M ou G telles que le Soleil. . Ces carapaces glacées allongent ou inhibent complètement les cycles géochimiques, avec des perspectives négatives pour la stabilité climatique à long terme des planètes. Il semble donc que nous ayons été extrêmement chanceux dans un passé lointain. Étions-nous? Ou existe-t-il des effets systématiques en jeu qui distinguent les systèmes planétaires analogues aux autres?

Un apport important en eau dans les systèmes planétaires internes est la livraison à partir de planétésimaux riches en glace, les germes initiaux du processus de formation de la planète. En règle générale, les abondances volatiles de ces blocs de construction planétaires sont mesurées à partir des abondances observées de météorites. Cependant, nous disposons d’échantillons de météorites «achondritiques» et de météorites ferreuses transformées thermiquement, et nous sommes en mesure de retracer l’abondance de produits de désintégration radioactive dans les chondrites, témoins les plus purs du système solaire primitif que nous connaissons. Tous ces éléments suggèrent que les planétésimaux qui se sont formés au stade du disque protoplanétaire ont été fortement chauffés par la désintégration radioactive de l’Aluminium (Al-26), radionucléide à vie courte dont la demi-vie est d'environ 0,72 million d'années.

Cette sagesse conventionnelle de la communauté des météorologues nous a rendus curieux: si vous imaginez qu'un assemblage primitif de roche-glace soit chauffé de l'intérieur, il est certain qu'une partie du contenu volatile sera perdue. Si elle est importante, cette perte influera-t-elle sur l'abondance finale d'eau en vrac? L’impact sur l’habitabilité potentielle de la formation de planètes pourrait être profond. Nous savons que le Al-26 était présent dans le premier système solaire, mais cette dessiccation induite par le Al-26 serait-elle un mécanisme générique ou plutôt créerait-elle une diversité systématique dans les systèmes planétaires? La principale contribution de l'inventaire Al-26 dans la galaxie provient d'étoiles massives et est injectée de manière externe dans les systèmes planétaires voisins lors des premières phases de formation des étoiles et des planètes. En raison de la dépendance locale à la présence d’un progéniteur de supernova, ainsi qu’à la morphologie et à la dynamique de l’environnement propice à la formation des étoiles de naissance, la pollution des systèmes planétaires par Al-26 peut suivre une distribution bimodale: soit un enrichissement similaire (ou supérieur) à celui du système solaire ou aucun du tout. Les différences initiales d'abondance en Al-26 par ordres de grandeur entre les systèmes planétaires ont des conséquences sur le chauffage radiogénique, en particulier pendant les premières phases de la formation de la planète.

Artiste, impression de la dichotomie du bilan hydrique impliquée par nos modèles. Les systèmes planétaires nés dans des régions denses et massives en formation d'étoiles héritent de quantités substantielles d'Al-26, qui assèche leurs blocs de construction avant l'accumulation. Les planètes formées dans les régions à faible masse formant des étoiles accumulent de nombreux corps riches en eau et émergent en tant que mondes océaniques. Crédit: Thibaut Roger

Comme nos modèles le démontrent maintenant, le chauffage radiogène de niveaux d'Al-26 de type solaire ou supérieurs dans un système planétaire en formation déshydrate les planétésimaux avant leur accrétion sur des embryons planétaires. Les conséquences détaillées sur la composition dépendent de l’espace des phases d’accrétion, telles que le début et le moment de l’accrétion, ainsi que de la taille et de la composition originale des planétésimaux accrétés. Cependant, étant donné que la dessiccation de l'Al-26 se déroule sur une échelle de temps plus rapide que l'accrétion de la planète, le degré d'épuisement de l'eau est génériquement corrélé aux abondances initiales de l'Al-26 au moment de la formation de la planétésimale.

Ces découvertes pourraient fournir une autre pièce du puzzle pour placer le système solaire dans le contexte des systèmes exoplanétaires. Nos modèles révèlent que les planètes rocheuses formées dans des systèmes planétaires à abondance élevée en Al-26 devraient avoir systématiquement un rayon plus petit que celles des systèmes qui n'en possèdent pas. Cela pourrait être décelable lors de futures missions de transit comme PLATO. De telles conclusions peuvent ouvrir la voie à une meilleure compréhension de la distribution des planètes semblables à la Terre. Nos travaux montrent que l'évolution géophysique interne des graines et des blocs de construction des planètes peut modifier leur structure et leur composition finales. Le moteur thermique des planétésimaux varie d'un système planétaire à l'autre en raison de l'enrichissement et des interactions dans l'environnement de formation d'étoiles à la naissance. De cette manière, la composition des planètes rocheuses peut être liée à leur origine lors de la formation d'étoiles.

D'autres conséquences de ces déductions doivent être explorées. Comment une planète géante en formation, bloquant le flux radial des corps glacés, joue-t-elle avec la dessiccation au Al-26 pour modifier le bilan hydrique local dans la zone de la planète terrestre? Quelles sont les conséquences d'épisodes successifs de formation planétésimale? Et les divers scénarios d'accrétion de planètes rocheuses modifient-ils les conditions climatiques et de surface précoces pour des budgets de composition similaires? Si nous souhaitons comprendre les paramètres qui définissent notre monde par rapport à la riche diversité déjà détectée dans le recensement planétaire extrasolaire, il reste à répondre à ces questions et à d’autres.

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