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Titre: Formation rapide de super-terres autour d’étoiles de faible masse

Auteurs: Brianna Zawadzki, Daniel Carrera et Eric Ford

Institution du premier auteur: Département d’astronomie et d’astrophysique et Center for Exoplanets and Inhabitable Worlds, Pennsylvania State University, PA, États-Unis

Statut: Accepté pour publication dans MNRAS (accès libre sur arXiv)

Ces dernières années, la découverte de Milliers de Exoplanètes – Les planètes qui sont en dehors de notre système solaire – a révolutionné notre compréhension de la formation et du développement des systèmes planétaires. La majorité de ces exoplanètes découvertes gravitent autour d’étoiles semblables au soleil, mais moins d’études se sont concentrées sur la façon dont les planètes en orbite autour d’étoiles de faible masse telles que le Soleil. nains rouges (également appelés nains M). TRAPPIST-1, un système d’étoiles compact qui Fait des vagues en 2017, il est à noter qu’il y a plusieurs planètes semblables à la Terre en orbite dans la zone habitable de l’étoile. Environ 80% De toutes les étoiles de notre galaxie, les naines rouges sont ce qui les rend extrêmes important en cherchant habitable Planètes, mais leur faible luminosité en fait des exoplanètes difficile à voir (Pour plus d’informations, consultez celles-ci Article et celles-ci Astrobit sur les méthodes de détection). C’est la NASA Satellite d’enquête sur les exoplanètes du transport en commun ((Tess) entre; On s’attend à ce que ses instruments très sensibles détectent des centaines d’exoplanètes en orbite autour des naines rouges (ci-après M planètes naines). Les auteurs de l’article d’aujourd’hui utilisent un certain nombre de Simulations à N corps pour enquêter sur la formation de ces M planètes naines.

Qu’il y ait des planètes

Les planètes sont initialement formées à partir de l’accumulation et de la coagulation de Grains de poussière dans un disque protoplanétaireforme Planétésimaux qui eux-mêmes se heurtent pour former Les embryons. Ce qui est crucial, c’est qu’en fonction des propriétés de ce disque Type spectral de l’étoile mère; Les règles du soleil ne s’appliquent pas nécessairement aux naines rouges. Ces embryons sont soumis à de nombreux processus physiques: les forces de marée, les couples, la traînée et l’accrétion. Les auteurs utilisent donc une simulation standard à N corps avec des forces supplémentaires définies par l’utilisateur pour représenter certains de ces processus physiques. Les auteurs utilisent 10 modèles différents avec 147 embryons chacun avec différentes configurations initiales du disque protoplanétaire et si du gaz est présent dans le disque. Ce dernier point est important car la présence de gaz y conduit Moments de résonance. La figure 1 montre à quoi ressemble chaque embryon Demi-grand axe évolue au fil du temps dans une simulation typique. Dans cet exemple, trois planètes sont formées. Tous ces M sont des planètes naines Super terreavec des masses entre 2,5 et 5,1 masses terrestres. Les 147 premiers embryons entrent en collision rapidement; en moyenne sur toutes les simulations, 96% des collisions se produisent dans le premier 1 Myr de la simulation. Pour les modèles à gaz, 99% des collisions se produisent avant la dissolution du disque de gaz. Ainsi, la plupart des planètes sont complètement formées pendant la durée de vie du disque.

Figure 1: Tracé du demi-grand axe (rayon maximum à partir de l’étoile mère) de tous les embryons (en unités astronomiques) en fonction du temps de simulation (en années). Les deux axes sont logarithmiques. La zone grisée représente le disque protoplanétaire. Les embryons sont colorés selon leur demi-grand axe initial. (Figure 3 dans le document)

Bac à sable de l’univers

Parmi les événements les plus spectaculaires qui se produisent lors de la formation d’un système planétaire, on trouve Impacts géantscomment la collision qui est soupçonné d’avoir formé la lune. Les auteurs définissent cela comme les effets entre deux embryons suffisamment gros (avec une masse combinée de 0,5 masse terrestre), avec un embryon pas plus de cinq fois plus massif que l’autre. La figure 2 montre cet impact énorme sur quatre modèles de simulation différents. La plupart de ces collisions se produisent avant la dissolution du disque, tandis que les impacts géants tardifs sont comparativement moins fréquents. Bien que bon nombre des impacts de stade avancé se soient produits à l’extérieur du disque (ou après leur résolution), environ un quart des simulations de gaz ont produit l’impact final à l’intérieur du disque. Il est donc plus probable que ces planètes retiennent les atmosphères car elles sont capables de réenrichir le gaz du disque.

Figure 2: Diagramme de dispersion de tous les impacts géants dans toutes les simulations (mêmes axes que dans la figure 1), coloré selon quatre modèles différents, avec les impacts géants finaux représentés en noir. (Figure 5 dans le document)

Révolutions de Kepler

C’est une chose de simuler la formation de planètes, mais pour comparer les modèles simulés avec des données d’observation, les auteurs ont pris en compte les rapports de période des paires de planètes pour chaque système stellaire. Ils ont ensuite comparé les histogrammes de ces rapports de période avec les rapports de période des systèmes planétaires obtenus à partir du Kepler Télescope spatial. La figure 3 montre un histogramme pondéré des rapports de période, qui culmine à environ 2 (une planète de la paire met deux fois plus de temps à orbiter autour de cette étoile par rapport à l’autre planète). le Kepler Les pics d’échantillonnage sont plus proches d’un rapport de période de 3/2 (correspondant à 2: 3) Résonance orbitale); Les auteurs attribuent cela au fait que la plupart Kepler Les planètes gravitent autour d’étoiles de masse plus élevée.

Figure 3: Histogrammes des relations de période (pondérées en fonction de la probabilité que les deux planètes de la paire passent) pour la simulation de base (violet, plein), la simulation sans gaz (bleu, pointillé) et l’échantillon des paires de planètes trouvées par Kepler. (Plaque inférieure de la figure 8 dans le papier)

Enquête sur de nombreux mondes

Plusieurs résultats importants peuvent être tirés de ces simulations. La première est que M planètes naines se forment rapidement bien avant que le disque ne se dissolve, et ces planètes ont tendance à migrer vers l’intérieur. Une conclusion plus subtile ici est que cette immigration et les collisions ultérieures détruisent toute «mémoire» des conditions initiales. En d’autres termes, la distribution de densité finale des planètes n’est pas liée à la distribution initiale des embryons, ce qui rend impossible de reconstruire les conditions initiales d’un système planétaire sur la base d’observations récentes (les auteurs notent que des recherches supplémentaires sont nécessaires pour établir cette à exclure définitivement). Même ainsi, la deuxième découverte importante est que la position et le nombre de planètes dans le système dépendent de la présence ou non d’un disque de gaz lors de leur formation. Les systèmes formés dans des modèles avec du gaz avaient tendance à avoir moins de planètes à proximité, tandis que les modèles sans gaz produisaient plus de planètes, bien que plus séparées. Les planètes dont les collisions finales se produisent dans les disques de gaz retiennent également un peu plus souvent l’atmosphère. Tess On s’attend à ce que plusieurs centaines de planètes naines M soient capturées et finalement une plus grande plage de valeurs de paramètres (telles que les masses, les rayons, etc.) sera balayée. Cela aidera à contraindre plus strictement les résultats des simulations futures et à percer les secrets de la formation des exoplanètes naines rouges.

Edité par: Jamie Sullivan
Source d’image sélectionnée: ESO

L’auteur reconnaît les peuples Whadjuk de la nation Noongar, les administrateurs traditionnels de la terre sur laquelle ce message est écrit, et respecte le passé et le présent des anciens.

A propos de Mitchell Cavanagh

Mitchell est un étudiant au doctorat en astrophysique à l’Université d’Australie occidentale. Ses recherches portent sur les applications de l’apprentissage automatique pour étudier la formation et l’évolution des galaxies. En dehors de la recherche, il est un rat de bibliothèque passionné et aime les jeux, les langues et les confitures de code.



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