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Pour comprendre à quel point les débuts du système solaire étaient chaotiques, il suffit de regarder la Lune. Sa surface criblée de cratères porte les cicatrices d’une multitude de collisions. Le système solaire primitif ressemblait à un champ de débris où les objets s’écrasaient les uns contre les autres dans des cascades de collisions.

Il doit en être de même dans tous les jeunes systèmes solaires. Dans un nouvel article, des chercheurs ont simulé une collision entre deux planètes massives pour voir ce qui se passerait.

Le noyau de certaines exoplanètes massives pourrait contenir plus de 100 masses terrestres de matière solide. Ces planètes sont probablement devenues si grandes et ont contenu autant de métal parce qu’elles sont entrées en collision et ont fusionné avec plusieurs noyaux d’exoplanètes plus petits, contenant chacun environ 10 masses terrestres.

Dans une nouvelle étude, les astronomes ont simulé une collision entre une géante gazeuse plus jeune et plus petite et une géante gazeuse plus ancienne et plus massive, afin de voir si l’impact générait des ondes sismiques de longue durée que le JWST pourrait détecter.

La recherche est intitulée « Oscillations sismiques excitées par des impacts géants dans des planètes géantes à imagerie directe ». L’auteur principal est J.J. Zanazzi, physicien théoricien à l’université de Berkeley, qui étudie la formation des planètes.

Deux questions guident ce travail. La première consiste à savoir si un impact géant comme celui-ci produit des ondes sismiques puissantes et durables, et la seconde à savoir si le JWST peut les détecter.

Le JWST ne peut pas détecter les ondes sismiques, mais il peut détecter les changements de lumière avec une extrême précision. Si les ondes sismiques sont suffisamment puissantes, le télescope spatial peut les détecter grâce aux changements photométriques de la planète géante.

« En principe, les impacts à l’échelle d’une planète pourraient provoquer des oscillations sismiques dans les exoplanètes directement imagées, qui pourraient être détectées par des missions spatiales telles que JWST et Roman », écrivent les auteurs.

« Nous montrons ici qu’un impact géant avec une jeune géante gazeuse excite des oscillations sismiques de longue durée qui peuvent être détectées par photométrie ».

Ils se sont concentrés sur une exoplanète spécifique nommée Beta Pictoris b, un jeune super-Jupiter d’environ 13 masses de Jupiter. Beta Pictoris b n’est âgée que de 12 à 20 millions d’années. Le système Beta Pictoris et l’exoplanète font l’objet de nombreuses recherches.

Les recherches montrent que la planète est enrichie en métaux, probablement en raison d’un « fort enrichissement des planétésimaux », selon un article de 2019. L’exoplanète géante contient entre 100 et 300 masses terrestres de métaux lourds. En astronomie, les métaux sont tout ce qui est plus lourd que l’hydrogène et l’hélium, tandis que les métaux lourds sont plus lourds que le fer.

Les chercheurs ont calculé les résultats de la collision et de la fusion d’une planète de 17 masses terrestres et de Neptune avec Beta Pictoris b.

« Les vastes réserves de métaux lourds des exoplanètes de la masse de Jupiter peuvent provenir d’impacts géants », expliquent les auteurs. « Les impacteurs et l’élan qu’ils transmettent à une planète en croissance excitent un spectre de modes sismiques.

Ils expliquent qu’une fois activée, cette activité sismique peut persister sur des échelles de temps similaires à l’âge d’une jeune planète.

Les chercheurs ont constaté que la luminosité de Beta Pictoris b varierait en fonction des ondes sismiques induites. Le JWST détecterait certains effets si une collision s’était produite au cours des 9 à 18 millions d’années précédentes.

L’utilisation des puissantes capacités photométriques du JWST offre une nouvelle façon d’utiliser les ondes sismiques pour sonder l’intérieur des exoplanètes.

« La sismologie offre une fenêtre directe sur l’intérieur des planètes géantes », écrivent les auteurs. « Étant donné que les modes normaux les plus durables ont des fréquences comparables à la fréquence dynamique de la planète, une mesure de la fréquence contraindrait la densité globale de la planète.

Ils ajoutent que certaines de ces observations pourraient permettre de détecter « des régions de stratification stable, comme cela a été fait pour Saturne ». Les mesures de gravité ont été utilisées pour mesurer les structures internes des planètes géantes, mais cette méthode peut être utilisée sur des planètes géantes éloignées autour d’autres étoiles.

Les auteurs expliquent que leur méthode pourrait avoir d’autres utilisations. Elle pourrait être utilisée pour détecter les migrations planétaires.

« Les impacts ne sont pas le seul moyen d’exciter les oscillations des planètes géantes », écrivent les auteurs. « Les Jupiters chauds et tièdes peuvent se former par migration à haute excentricité, un processus par lequel les forces gravitationnelles de marée de l’étoile hôte excitent le mode fondamental de la plus basse fréquence à de grandes amplitudes.

« Les courbes de lumière infrarouge des planètes massives très excentriques peuvent présenter des variations des modes excités par les marées », concluent les chercheurs.

Adaptation Terra Projects

Source : https://www.sciencealert.com/

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