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Exoplanètes : les champs magnétiques contrôleraient aussi leur formation

La gravitation n'est pas la seule force motrice de la cosmogénèse planétaire, les forces électriques et magnétiques y contribuent aussi. Des simulations numériques prenant mieux en compte les effets de ces forces tendent à expliquer pourquoi les superterres et les exoneptunes sont plus nombreuses que les géantes gazeuses parmi les exoplanètes.


Il y a plus de deux siècles, lorsque Kant puis Laplace proposent le modèle de l'effondrement d'une nébuleuse protoplanétaire pour donner le Soleil et un disque où vont se former les planètes du Système solaire, seule la force de la gravitation est envisagée. Mais il y a plus de 50 ans, pour Viktor Safronov et George Wetherill, leurs héritiers modernes qui vont pousser beaucoup plus loin leurs idées, des forces électromagnétiques devaient également être en jeu. Ces forces relevaient d'une électrodynamique cosmique pour reprendre les termes du prix Nobel de physique Hannes Alfvén. Le disque protoplanétaire chaud composé de poussières et de gaz devait aussi contenir des particules chargées formant un plasma de sorte que des courants et des champs magnétiques cogénérés par l'équivalent des dynamos auto-excités, que l'on retrouve aussi bien dans le cas du Soleil que de la Terre, devaient exister dans ce disque. Le jeune Soleil ne devait pas être en reste non plus en expulsant déjà du vent solaire par son propre champ magnétique baignant ce même disque.


Il devait donc exister des phénomènes de magnétohydrodynamiques, en plus de ceux purement hydrodynamiques avec l'apparition d'ondes et de turbulences, qui ne devaient rien avoir à envier à ceux que l'on peut observer dans l'atmosphère et l'hydrosphère terrestres. Il s'agit de phénomènes non linéaires et, comme le présentait le grand physicien Fermi après la Seconde Guerre mondiale en voyant l'essor des calculateurs électroniques, la complexité de ces phénomènes ne pouvait être compris qu'avec la montée en puissance des ordinateurs et de l'art du développement des algorithmes.


L'électrodynamique cosmique des exoplanètes Aujourd'hui, les héritiers de Safronov et Wetherill ont des ambitions cosmogoniques encore plus grandes puisqu'ils veulent comprendre la genèse des exoplanètes en se nourrissant des données qui concernent déjà, plus de 25 ans après leur découverte par les prix Nobel de Physique, les Suisses Michel Mayor et Didier Queloz, environ 4.000 de ces astres.


Or, depuis un moment déjà, un fait intriguait les exoplanétologues. Les modèles numériques de la cosmogonie planétaire ne rendaient pas bien compte des populations d'exoplanètes. Il y avait moins de géantes gazeuses ressemblant en masse et taille à Jupiter et Saturne que prévu par ces modèles et plus de superterres et d'exoneptunes. Des scientifiques des universités de Zurich et de Cambridge, associés au National Centre of Competence in Research PlanetS proposent aujourd'hui une solution comme ils l'expliquent dans un article publié dans Nature Astronomy et en accès libre sur arXiv. Pour cela, ils ont réussi à tenir compte dans leur calcul de processus magnétohydrodynamiques faisant intervenir la pression du champ magnétique à petites échelles. On ne pouvait pas rendre compte efficacement du couplage entre la gravité, l'hydrodynamique et la physique des plasmas à ces échelles, à des ordres de grandeur proches de la taille des planètes géantes avec leur champ de gravitation, parce les processus purement mécaniques et ceux magnétohydrodynamiques n'étaient pas dominés par des effets ayant en gros la même échelle spatiale. Il était donc difficile de tenir compte des couplages entre des échelles si différentes dans les calculs et, en conséquence, de l'effet des champs magnétiques sur l'accrétion de la matière sur des protoplanètes en formation.


Pour surmonter cet obstacle, il a non seulement fallu développer de nouveaux algorithmes nourris par une compréhension profonde des effets de la gravitation et du magnétisme sur la fragmentation du disque protoplanétaire, les instabilités conduisant à l'effondrement gravitationnel de son gaz et de ses poussières ou conduisant à la formation de structures spirales, mais aussi faire intervenir la puissance des superordinateurs actuels, en l'occurrence, le Piz Daint au Swiss National Supercomputing Centre (CSCS).



Les simulations conduites par les chercheurs montrent maintenant que la pression magnétique tend à défavoriser la croissance des planètes géantes comme Jupiter et Saturne et ce serait donc pour cette raison que des planètes de tailles intermédiaires entre celles de la Terre et Vénus, et celle des géantes gazeuses, se forment en plus grand nombre.


Source : https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/physique-exoplanetes-champs-magnetiques-controleraient-aussi-leur-formation-59352/

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