Des paires de planètes voyou trouvées errant dans la nébuleuse d’Orion – Physics World

Des paires de planètes voyou trouvées errant dans la nébuleuse d’Orion – Physics World

Horodatage: 12 octobre 2023 9h22

Vue d'artiste d'une planète voyou, qui apparaît comme un objet sombre et rayé sur un fond lumineux d'étoiles
Devenir voyou : des planètes de masse Jupiter ont déjà été trouvées flottant librement sans étoile mère, mais pas en si grand nombre et jamais sous forme de paires binaires jusqu'à l'étude actuelle. (Avec l'aimable autorisation de la NASA/JPL-Caltech)

Plus de 500 objets de masse planétaire flottant librement ont été découverts errant dans la nébuleuse d'Orion grâce aux nouvelles observations du télescope spatial James Webb (JWST). Le plus bizarre est qu'environ 40 de ces nouveaux objets dans l'amas du trapèze de la nébuleuse existent en larges paires binaires, ce qui confond les attentes quant à la formation de ces soi-disant « planètes voyou ».

Des objets de masse planétaire flottant librement et qui ne tournent pas autour d'une étoile ont déjà été découverts dans des régions de formation d'étoiles, mais jamais dans les chiffres observés par le JWST. Caméra proche infrarouge (NIRCam). Ces objets sont visibles car ils sont encore jeunes et brillants de la chaleur de leur formation. Au fil du temps, ils refroidiront et disparaîtront de la vue.

Il existe deux hypothèses sur la formation de ces planètes flottantes. La première est qu’ils proviennent comme des étoiles, s’effondrant et se condensant directement à partir d’un nuage moléculaire formant des étoiles. L’autre est qu’ils se forment par accrétion de noyau en orbite autour de jeunes étoiles, pour ensuite être expulsés par les forces de marée gravitationnelles et les résonances.

Un mystère JuMBO

Pour la plupart des 540 objets de masse planétaire trouvés dans la nébuleuse d'Orion, « il s'agira presque certainement d'une combinaison des deux [processus] », explique Samuel Pearson, chercheur à l'Agence spatiale européenne (ESA) et auteur principal d'un ouvrage non encore évalué par des pairs pré-impression sur les nouvelles observations.

Cependant, la quarantaine de binaires larges – 40 % du total – ne correspondent pas à cette image. Pearson les appelle JuMBO, pour Jupiter Mass Binary Objects, et ils restent un mystère.

Le principal problème, explique Pearson, est la masse des JuMBO. Les modèles prédisent que la masse minimale pouvant se former directement à partir d’un nuage moléculaire est trois fois supérieure à celle de Jupiter. Cette limite minimale est due au fait que les objets plus petits retiennent mieux la chaleur, ce qui les empêche de se contracter davantage. On pourrait donc s’attendre à ce que des corps planétaires plus petits (y compris le plus petit objet des observations du JWST, qui fait environ 0.6 masse de Jupiter) se soient formés par accrétion du noyau – c’est-à-dire de bas en haut, comme la Terre – et aient été éjectés. de leur système d'origine.

"Mais le problème maintenant est que nous les trouvons par paires", explique Pearson. Monde de la physique. "Comment diable cela arrive-t-il?"

Scénarios de formation de planètes

Jusqu’à présent, deux options sont sur la table. La première est que la fonction de masse initiale, qui décrit la répartition des masses avec lesquelles les étoiles naissent, s’étend à des masses beaucoup plus petites que ce que l’on pensait. L’autre est que ces JuMBO sont en quelque sorte éjectés des systèmes planétaires.

Bien qu’il n’existe aucun modèle précis sur la manière dont une paire binaire pourrait être éjectée, une explication possible vient de Rosalba Perna de l'Université Stony Brook, en collaboration avec Yihan Wang ainsi que Zhaohuan Zhu de l'Université du Nevada à Las Vegas, toutes deux situées aux États-Unis. Dans une pré-impression séparée, ils proposent un modèle dans lequel deux planètes géantes en orbite à grande distance de leur étoile peuvent toutes deux être éjectées si elles s'alignent en même temps que le système rencontre une étoile proche.

Perna et Wang soulignent que dans les modèles de formation planétaire, les planètes géantes peuvent fusionner directement hors du disque de formation des planètes à des distances de plus de 50 unités astronomiques (soit 50 fois la distance Terre-Soleil) de leur étoile.

"Dans notre scénario, les JuMBO préfèrent se former à partir de systèmes planétaires avec deux planètes géantes avec des axes semi-majeurs proches l'un de l'autre", expliquent Wang et Perna. Monde de la physique. "Par exemple, si le système planétaire est vaste, la configuration la plus probable est une planète géante à ~100 UA et une autre planète géante à 70 UA."

Pousser vers un nouveau domaine

Dans un papier publié en 2022, Alex Scholz de l'Université de St Andrews, au Royaume-Uni, et ses collègues ont prédit que le JWST serait capable de détecter un nombre important de planètes voyou de faible masse dans de jeunes amas d'étoiles. Scholz affirme que les nouvelles découvertes sur la nébuleuse d'Orion justifient cette conclusion.

"Ces objets de masse planétaire récemment découverts sont vraiment passionnants – ils sont étonnamment nombreux et le grand nombre de binaires est complètement inattendu", a-t-il déclaré. Monde de la physique. "C'est ce qui arrive lorsque vous entrez dans un nouveau domaine : vous trouvez des choses inattendues."

Pour l’instant, il s’agit d’obtenir davantage de données. Pearson et son co-auteur Marc McCaughrean, qui est le conseiller principal de l'ESA pour la science et l'exploration, souhaite examiner à nouveau les JuMBO dans une future étude, cette fois en utilisant le JWST. Spectromètre proche infrarouge (NIRSpec). Ces observations devraient confirmer qu'ils sont bien de masse planétaire en fournissant des détails sur leur température, leur gravité en surface et la composition atmosphérique. Au-delà de cela, Pearson et McCaughrean envisagent de rechercher des objets de masse planétaire dans un jeune amas d'étoiles, NGC 2244, né de la nébuleuse de la Rosette et situé à 5 000 années-lumière dans la constellation du Monocéros. Les étoiles de NGC 2244 sont moins denses que celles de Trapezium, dit Pearson, ce qui signifie que les opportunités de rencontres stellaires arrachant les planètes de leurs orbites sont plus minces.

"Cela est beaucoup moins susceptible de se produire dans des régions très clairsemées, donc si nous arrêtons soudainement de voir des JuMBO, ce serait une preuve irréfutable de la manière dont ils se forment", explique-t-il.

Bien que l’on sache peu de choses sur ces objets de masse planétaire, Pearson affirme qu’il pourrait y en avoir plus dans notre propre galaxie, la Voie lactée, qu’il n’y a d’étoiles. Cela soulève des questions sur la manière de les définir : s’agit-il de planètes, de naines sub-brunes ou autre chose ? Étant donné les frontières déjà floues entre ces catégories, cela n’a peut-être pas d’importance, et Pearson évite de telles discussions.

« La façon dont nous essayons de les définir est un excellent moyen de provoquer une dispute », dit-il en riant.

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