Quand est-ce qu'une planète est une planète?

Par John Wenz  | Publication: mercredi 9 mai 2018

Igor ZH / Shutterstock

À un niveau de base, il semble que la plupart de l'univers peut être divisé en deux types de gros objets: les étoiles et les planètes.

Une étoile est une énorme boule de gaz brûlant dont la fonction principale est de fusionner l'hydrogène en hélium. Ils sont formés par d'énormes nuages ​​de gaz qui finissent par se rassembler en quantités suffisantes pour déclencher des réactions nucléaires.

Les planètes, à leur tour, proviennent du matériau laissé autour de l'étoile après sa formation. Ils se forment à partir de petits morceaux qui s'agglutinent en protoplanètes qui à leur tour se brisent ensemble pour former les grands objets que nous voyons aujourd'hui. La plupart des autres objets de notre système solaire - astéroïdes, planètes naines, comètes, etc. - sont des restes de blocs de planètes qui ne se sont jamais vraiment réunis.

«Les gros objets formés à partir de nuages ​​de poussière autour d'une étoile» sont généralement le moyen le plus rapide et le plus sale de définir une planète. Sauf quand ce n'est pas le cas. Certains objets tombent dans un entre-deux étrange - pas assez gros pour être une étoile, mais trop gros pour être une planète. Et d'autres planètes pourraient ne jamais s'être formées autour d'une étoile.


L'entre-deux

La masse la plus basse absolue que nous croyons qu'une étoile peut être tout en étant un chaudron à fusion d'hélium représente environ 7% de la masse du Soleil, soit environ 73 masses Jupiter. De même, la limite supérieure d'un objet qui se forme comme une planète, du moins telle que nous la comprenons jusqu'à présent, est d'environ 13 masses Jupiter, ou 0,012 masse solaire. (Jupiter représente presque 1% de la masse du Soleil, mais pas tout à fait.)

Dans le territoire entre 14 et 72 masses Jupiter sont des objets que les astronomes appellent des naines brunes, et ce ne sont ni des étoiles ni des planètes. Les scientifiques pensent qu'ils se forment comme des étoiles, mais ne gagnent jamais assez de masse pour commencer le processus de fusion hydrogène-hélium. Au lieu de cela, ils convertissent l'hydrogène en un isotope plus lourd appelé deutérium, un processus qui produit beaucoup moins d'énergie. Les naines brunes ont été trouvées à une gamme de températures - jusqu'à environ 1900 degrés Fahrenheit et plongeant jusqu'à plusieurs degrés en dessous de zéro - et dégagent très peu de lumière, de sorte que la plupart des télescopes les recherchent dans la lumière infrarouge plutôt que visible.

La première littérature officielle publiée cherchant à expliquer la fracture entre les étoiles et les planètes est venue dans un article de 1962par Shiv Kumar, qui voulait explorer ce qui se passe avec les étoiles de très faible masse - celles en dessous de 0,1 masse solaire. Il a déterminé la limite de masse solaire de 0,07 et a qualifié tout le reste de «naine noire».

La conception d'un artiste d'une naine brune.

NASA / ESA / JPL

Ce n'est que dans les années 1980 que les chercheurs ont commencé à trouver des candidats au statut de naine brune, et ce n'est qu'en 1995 que des détections ont été certifiées lorsque Teide 1 et Gliese 229B ont toutes deux été confirmées comme naines brunes. Cela est arrivé à l'époque où les premières exoplanètes ont émergé et ont provoqué un débat houleux. Les astronomes trouvaient des objets sur des orbites semblables à des planètes autour des étoiles, sauf qu'ils étaient trop grands pour être des planètes. La plus petite naine brune signalée au cours des premières années de découvertes d'exoplanètes était un objet de 17 masses de Jupiter autour de l'étoile HD 110833. Bien que les naines brunes puissent orbiter comme des planètes, il est plus probable qu'elles se soient formées à côté de l'étoile parente et n'ont jamais gagné suffisamment de masse pour enflammer.

Mais parfois, quelque chose de remarquablement semblable à une planète pourrait se former sans étoile du tout - une sorte de mini-nain brun.


Going Rogue

La recherche de planètes en dehors de notre système solaire a conduit à la découverte de quelques vraies boules étranges. Peut-être que l'endroit le plus étrange pour trouver des planètes, en dehors de tout système planétaire.

Ces planètes flottantes libres - parfois appelées planètes voyous - sont généralement autour de 5 à 10 masses Jupiter. Nous n'en avons jamais découvert qu'une petite poignée car elles n'émettent aucune lumière propre, ou du moins très peu de lumière dans les longueurs d'onde visibles. Mais quelques-uns sont apparus dans les observations infrarouges, leur position étant donnée par la chaleur créée par leur rotation.

Il existe deux possibilités pour savoir comment ces objets y sont arrivés. L'explication la plus simple est qu'il s'agissait simplement de planètes normales rejetées hors de leur système d'origine par des interactions gravitationnelles avec d'autres corps. Mais, plus intrigant est la possibilité qu'ils se soient formés exactement là où nous les avons trouvés à partir d'un nuage de gaz et de poussière, mais indépendamment de toute étoile. Si tel est le cas, alors même s'ils sont de la taille d'une planète, ils ne se sont jamais vraiment formés comme une planète. Si une naine brune est une étoile en échec, vous pouvez considérer ces étoiles en échec.

"Ma théorie de travail est qu'ils sont un mélange - certains d'entre eux pourraient être des planètes qui se sont formées dans des disques et ont été projetées et d'autres pourraient être des restes de formation d'étoiles", a déclaré Caroline Morley, Sagan Fellow à l'Université Harvard.

Morley étudie les planètes voyous. Leurs masses peuvent être insaisissables, surtout si la planète n'est pas en orbite autour d'un autre objet. (Un bon moyen d'estimer la masse consiste à étudier combien une planète ou une naine brune «tire» sur son étoile natale à leur point de gravité partagé.) Elle dit que nous pouvons étudier des planètes flottantes libres et déterminer si elles « re une "vraie" planète ou pas, c'est d'étudier comment ils se déplacent par rapport aux autres objets de la région. Une planète voyou dans un groupe en mouvement avec d'autres étoiles et des naines brunes peut avoir formé comme une étoile, tandis qu'une planète éjectée peut accélérer sur sa propre trajectoire.

NASA / JPL-Caltech

Il y a aussi la question de la chaleur. Même si un objet qui s'est formé indépendamment d'une étoile n'est pas assez grand pour être un nain brun, il peut encore avoir beaucoup de chaleur de sa formation. La plupart des planètes peuvent être un peu plus fraîches, selon leur âge. Mais il y a des objets qui semblent s'être formés d'eux-mêmes et qui semblent pourtant remarquablement froids.

«Pour l'instant, il n'y a pas de bon nom», dit Morley. «La plupart des gens l'appellent une naine brune très froide.»

La façon la plus simple de déterminer la nature des planètes voyous sera de les regarder avec le télescope spatial James Webb et de voir de quoi elles sont faites. Une composition plus naine brune pourrait signifier qu'ils se sont formés à partir d'un nuage de gaz effondré plutôt que d'être une planète projetée hors de son système domestique.


La torsion

Il existe cependant une autre possibilité pour certaines planètes flottantes. Peut-être que certains ne se sont pas formés comme une étoile ou comme une planète. Au lieu de cela, ils peuvent être des nuages ​​géants formés en période de violence.

Quand une étoile rencontre un trou noir, tout l'enfer se déchaîne. Le trou noir siphonne les gaz de l'étoile dans ce qu'on appelle un événement de perturbation des marées, et c'est loin d'être un repas propre.

Selon une étude de 2017 du premier cycle de Harvard, Eden Girma, vous pourriez produire des planètes - ou quelque chose comme eux - à partir des débris créés lorsqu'un trou noir supermassif consomme une étoile. Essentiellement, les jets de matière que le trou noir éjecte créent un ou deux nuages ​​de gaz de masse Jupiter. Ils sont de la taille d'une planète, mais ne forment pas de cailloux par cailloux et ressemblent presque certainement peu à de petites naines brunes. Au lieu de cela, ils sortent d'une chaîne de montage violente.

Comme les planètes voyous, ces « fragments de masse planétaire"Sont seuls là-bas - et se déplaceraient encore plus vite que les planètes voyous éjectées, parfois sur une trajectoire hors de la galaxie. Un événement de perturbation de marée dans un trou noir supermassif pourrait produire de 1 000 à 10 000 de ces objets. Les trouver pourrait être une autre affaire - ils se refroidiraient rapidement et seraient donc pour la plupart invisibles, et même si nous pouvions en repérer un, il pourrait être difficile de discerner l'un de ces objets d'une planète voyou relativement petite en dehors de sa vitesse.


Repousser les limites

Certaines planètes existent là où nous ne nous attendrions pas du tout à les trouver - autour des étoiles à neutrons. Les étoiles à neutrons sont les noyaux d'étoiles géantes qui sont devenues des supernovaes, se condensant en un bloc de matière neutronique de la taille d'une ville. (Certaines étoiles supernovaes plus grandes deviennent des trous noirs, selon la masse d'origine de l'étoile qui les a formées.) Les types les plus connus d'étoiles à neutrons sont appelés «pulsars» pour la façon dont ils «pulsent» à intervalles réguliers. Bien qu'ils puissent sembler être l'un des endroits les moins susceptibles de trouver des planètes - après tout, une supernova détruit presque tout sur son passage - une petite poignée a été découverte. Les astronomes recherchent des planètes autour des pulsars en recherchant des perturbations de son rythme régulier causées par un objet en orbite. Puisque de nombreux pulsars ne font pas cela, nous ne pensons pas qu'il y en ait beaucoup.

"Il y a trois systèmes différents qui ont des planètes pulsar, et chacun d'eux aurait une explication différente de la façon dont ils se sont formés", explique Rebecca Martin, professeure adjointe d'astronomie et de physique à l'Université du Nevada, à Las Vegas.

En 1992, deux planètes ont été annoncées autour du pulsar PSR B1257 + 12 et une troisième planète a été annoncée en 1994. L'une de ces planètes concerne la masse de la Lune, ce qui en fait à ce jour l'exoplanète la moins massive connue. Les deux autres appartiennent à la classe des planètes appelées «super-Terre», les planètes situées aux limites supérieures des planètes rocheuses.

Les planètes sont scandaleusement ordinaires étant donné leur résidence dans un environnement extrême, en orbite sur le même plan comme des planètes autour d'étoiles ordinaires qui se forment à partir de disques de débris. Toutes les planètes de cet environnement extrême auraient dû être effacées. Au lieu de cela, dit Martin, l'affaire peut provenir d'une étoile binaire malchanceuse. Le pulsar a siphonné le gaz de ce compagnon, accumulant la masse et jonché la zone autour de lui avec des gaz qui se déplacent ensuite comme un disque de débris. Cela s'est ensuite regroupé en planètes et a peut-être même laissé quelque chose d'une ceinture d'astéroïdes.

Et un avion pulsar peut ne pas avoir formé du tout une planète. La planète PSR J1719-1438 b est légèrement plus massive que Jupiter, mais son rayon réel est beaucoup plus proche d'Uranus. Cela lui laisse près de 20 fois plus dense que Jupiter. Il est si dense et a tellement de carbone qu'il a été appelé une «planète diamant». «

[Les astronomes] pensent que ce sont les restes d'une naine blanche, c'est pourquoi il est si dense», dit Martin. Les naines blanches sont les noyaux d'étoiles plus petites comme le soleil, et la meilleure explication pour 1438 b est qu'elle s'est formée comme une seule pour perdre de la masse jusqu'à ce qu'elle soit à peu près la masse de Jupiter. Ce n'est que le quatrième de la masse de la naine blanche la moins massive connue. Bien que 1438 b était autrefois probablement une étoile, selon les définitions les plus courantes, c'est aujourd'hui une planète.


L'avenir

De grandes installations de télescopes peuvent nous aider à déterminer quelles planètes n'ont pas commencé comme des planètes ou à trouver des objets intermédiaires entre une planète et une naine brune. "Nous avons trouvé beaucoup de choses qui chevauchent immédiatement à travers cette frontière", dit Morley. Déterminer lequel est qui nécessitera des observations intensives, et peut-être révélera quelques bizarreries en cours de route.

Mais l'ère des grands télescopes pourrait finir par brouiller davantage la frontière entre une planète «traditionnelle» et quelque chose qui ressemble simplement superficiellement à une selon notre meilleure compréhension de la formation planétaire. Nous pouvons également confirmer des planètes qui se sont formées de manière traditionnelle mais qui ont été radicalement transformées. Il y a quelques «planètes chthoniennes» présumées qui se sont formées comme des géantes gazeuses mais dont l'enveloppe gazeuse a été retirée, laissant derrière elle une planète rocheuse dense.

Le débat sur «ce qui fait une planète» est ancien - et les décennies à venir régleront quelques questions mais en ouvriront peut-être tant d'autres. Après tout, dans un univers apparemment sans fin, quelles autres bizarreries se cachent quelque part?

Cet article a été initialement publié sur Discovermagazine.com .

Source: http://www.astronomy.com
Lien: http://www.astronomy.com/news/2018/05/when-is-a-planet-a-planet?utm_source=asyfb&utm_medium=social&utm_campaign=asyfb&fbclid=IwAR2nhCnFlbc7kpcRwxt1sP9d6QXjIGbmyqtmFqTtcuj950dAAtAWlhHr3_M