Collapsars et autres théories sur la formation Terre-Lune

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L’origine de la Lune et de la Terre a longtemps été un casse-tête. La résolution de cette énigme a de profondes implications pour la nature de la formation des planètes, l’histoire géophysique et géochimique de la Terre, et pour cette qualité insaisissable de ce que nous appelons l’habitabilité pour les petits mondes rocheux de l’Univers.

Des théories sur la formation du système Terre-Lune

En substance; la question est de savoir comment les parties rocheuses de la Lune et de la Terre sont devenues si semblables dans leur composition élémentaire. L’hypothèse la plus favorisée est qu’une première version de la Terre a été touchée par un autre objet à l’échelle de la planète il y a quelque 4,5 milliards d’années. Cet «impact géant» aurait pu mélanger les matériaux des deux corps et, à mesure que la Lune se rassemblerait à partir des détritus, elle partagerait naturellement une composition avec la plus grande avec la Terre.

Mais adapter tous les aspects de cette image aux propriétés observées du système Terre-Lune n’est pas si facile. Cela laisse place à d’autres possibilités, telles que l’idée de «synestia», qui est une masse de roche vaporisée en forme de beignet; la Terre et la Lune sont formées à partir de cette masse de poussière cosmique laissée par une collision protoplanétaire encore plus grande.

Maintenant, une autre proposition a été faite par Hosono et al. où il y avait effectivement une collision impliquée, mais la Terre à cette époque était déjà un monde en fusion – un océan de magma. Plutôt qu’un impact géant, cela aurait pu être une explosion géante, ce qui rendait beaucoup plus facile la mise en orbite de blocs de matière de la Terre primitive pour se fusionner avec la Lune, avec sa composition presque identique.

Le défi de décoder ce qui est juste sous notre nez est un rappel qui donne à réfléchir aux questions complexes que suppose l’apprentissage de l’histoire des planètes.

Les Collapsars et le processus r

L’origine de certains éléments lourds sur la Terre reçoit beaucoup d’attention ces jours -ci. Les chercheurs sont particulièrement concentrés sur les éléments du processus r, supposés être forgés dans des environnements à flux neutronique intense. Depuis la détection par ondes gravitationnelles de collisions d’étoiles à neutrons, ces événements «kilonova» sont devenus un favori pour produire une grande partie de l’or, de la platine et de l’uranium dans la galaxie.

Mais il y a d’autres options. Une nouvelle étude de Siegel, Barnes et Metzger publiée dans Nature suggère qu’un événement astrophysique encore plus rare – le « collapsar » – pourrait en fait suffire pour dominer la production d’éléments du processus r. Un collapsar est une étoile massive à la rotation rapide qui finit par s’effondrer et créer une supernova.

Dans le cadre de ce processus, un disque de matériaux se forme, tourne et s’accroît à partir de la masse centrale. Ce disque ressemble à l’environnement des fusions d’étoiles à neutrons, où de nombreux éléments de processus r sont supposés être produits. En fait, comme le montre cette recherche, un collapsar pourrait en expulser encore plus. Le résultat est que, malgré leur rareté, les effondrements pourraient produire plus de 80% des éléments du processus r de l’Univers.

Reste à savoir quel phénomène finira par l’emporter. Les éléments les plus lourds jouent un rôle crucial dans la formation et l’histoire géophysique des planètes. La compréhension de leurs origines a donc de vastes implications.

Des planètes à longues périodes

Il existe un petit secret pas si secret sur les exoplanètes: la grande majorité de nos découvertes à ce jour ont été fortement orientées vers les mondes sur des orbites relativement petites et courtes. La simple raison étant que des techniques telles que la détection du transit ou la mesure de la vitesse radiale doivent généralement capturer des orbites répétées ou disposer sur de très longues périodes de données pour permettre de se fier aux réalités de ces planètes.

Mais ce sont ces planètes à plus longue période – semblables à des mondes tels que Jupiter ou Saturne dans notre propre système solaire – qui sont essentielles pour tester nos idées sur la formation des planètes et pour préciser si un système solaire dispose des ressources adéquates pour soutenir la vie de tous les jours sur l’un de ses mondes.

Trouver de telles planètes demande de la patience et de la planification. Maintenant, une étude de Rickman et al. a récolté les fruits de cette patience avec 20 années d’observation astronomique venant du télescope EULER de l’Université de Genève à l’observatoire de La Silla au Chili. Plus précisément, l’équipe a révélé que cinq objets nouvellement identifiés entouraient leurs étoiles avec des périodes orbitales comprises entre 15 et 40 ans. Trois d’entre eux sont des mondes géants gazeux, deux sont probablement des naines brunes pesant plus de dix fois la masse de Jupiter.

Lentement, nous commençons à combler les lacunes dans nos connaissances sur toutes les exoplanètes, pas seulement les plus pratiques.

Au sujet de l’auteur

Le Dr Caleb A. Scharf est directeur de l’astrobiologie à l’Université Columbia et jouit d’une réputation internationale en tant qu’astrophysicien. Son manuel pour les étudiants de premier cycle et des cycles supérieurs, Extrasolar Planets and Astrobiology, a remporté le prix Chambliss 2012 de l’AAS. Ses articles et revues ont paru dans des publications prestigieuses telles que Science, Nature, The Astrophysical Journal et Monthly Notices de la Royal Astronomical Society. Il a été consultant auprès de rédacteurs et de producteurs pour le magazine National Geographic, The Science Channel, The Discovery Channel et le New York Times. Vous pouvez le suivre en visitant son blog : Life Unbounded.

Source : Scientific American
Crédit photo : Pixabay

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