THÉORIE DE L'ACCRÉTION: CONTEXTE ET EXPLICATION - PHYSIQUE - 2025

L' accrétion t eoría (ou accrétion) en astrophysique, explique que les planètes et autres corps célestes sont formés par la condensation de petites particules de poussière attirées par la force de gravité.

L'idée que les planètes se forment de cette manière a été avancée par le géophysicien russe Otto Schmidt (1891-1956) en 1944; Il a proposé qu'un énorme nuage de gaz et de poussière, en forme de disque aplati, entoure le Soleil dans le système solaire primitif.

Figure 1. Concept d'artiste du disque protoplanétaire, à partir duquel les planètes sont formées par accrétion. Source: Wikimedia Commons.

Schmidt a affirmé que le Soleil avait acquis ce nuage en conjonction avec une autre étoile, qui, portée par son mouvement à travers la galaxie, passait en même temps à travers une nébuleuse riche en poussière et en gaz. La proximité de l'autre étoile a aidé la nôtre à capturer la matière qui s'est condensée plus tard.

Les hypothèses sur la formation du système solaire se divisent en deux catégories: évolutive et catastrophique. Les premiers affirment que le Soleil et les planètes évoluent à partir d'un processus unique et remontent aux idées proposées par Inmanuel Kant (1724-1804) et Pierre Simon de Laplace (1749-1827).

Le deuxième point vers un événement catastrophique, comme une collision ou une proximité avec une autre étoile, comme déclencheur de la formation planétaire. Au départ, l'hypothèse de Schmidt tombait dans cette catégorie.

Explication

Aujourd'hui, il existe des observations de jeunes systèmes stellaires et une puissance de calcul suffisante pour effectuer des simulations numériques. C'est pourquoi les théories catastrophiques ont été abandonnées au profit des théories évolutionnistes.

L'hypothèse nébulaire de la formation du système solaire est actuellement la plus acceptée par la communauté scientifique, maintenant l'accrétion comme processus de formation de la planète.

Dans le cas de notre propre système solaire, il y a 4,5 milliards d'années, l'attraction gravitationnelle a rassemblé de petites particules de poussière cosmique - d'une taille allant de quelques angströms à 1 centimètre - autour d'un point central, formant un nuage.

Ce nuage était le berceau du Soleil et de ses planètes. On suppose que l'origine de la poussière cosmique pourrait être l'explosion précédente d'une supernova: une étoile qui s'est effondrée violemment et a dispersé ses restes dans l'espace.

Dans les zones les plus denses du nuage, les particules se sont heurtées plus fréquemment en raison de leur proximité et ont commencé à perdre de l'énergie cinétique.

Ensuite, l'énergie gravitationnelle a provoqué l'effondrement du nuage sous sa propre gravité. Ainsi est né une protostar. La gravité a continué à agir jusqu'à ce qu'elle forme un disque, à partir duquel les premiers anneaux ont été formés et plus tard les planètes.

Pendant ce temps, le Soleil au centre s'est compacté et, lorsqu'il a atteint une certaine masse critique, des réactions de fusion nucléaire ont commencé à se produire en son sein. Ces réactions sont ce qui maintient le Soleil et toutes les étoiles.

Les particules hautement énergétiques ont été soufflées par le soleil, connu sous le nom de vent solaire. Cela a aidé à nettoyer les débris et à les jeter.

Formation des planètes

Les astronomes supposent qu'après la naissance de notre roi des étoiles, le disque de poussière et de gaz qui l'entourait est resté là pendant au moins 100 millions d'années, laissant suffisamment de temps pour la formation planétaire.

Figure 2. Schéma du système solaire aujourd'hui. Source: Wikimedia Commons.

À notre échelle de temps, cette période ressemble à une éternité, mais ce n'est en fait qu'un bref instant dans le temps de l'univers.

A cette époque, des objets plus grands, d'environ 100 km de diamètre, appelés planétésimaux, se sont formés. Ce sont les embryons d'une future planète.

L'énergie du Soleil nouveau-né a aidé à évaporer les gaz et la poussière du disque, ce qui a considérablement raccourci le temps de naissance des nouvelles planètes. Pendant ce temps, les collisions ont continué à ajouter de la matière, puisqu'il s'agit précisément de l'accrétion.

Modèles de formation planétaire

En observant les jeunes étoiles en formation, les scientifiques ont un aperçu de la formation de notre propre système solaire. Au début il y avait une difficulté: ces étoiles sont cachées dans la gamme de fréquences visibles, à cause des nuages ​​de poussière cosmique qui les entourent.

Mais grâce aux télescopes dotés de capteurs infrarouges, le nuage de poussière cosmique peut être pénétré. Il a été démontré que dans la plupart des nébuleuses de la Voie lactée, il y a des étoiles en formation et sûrement des planètes qui les accompagnent.

Trois modèles

Avec toutes les informations recueillies jusqu'à présent, trois modèles ont été proposés sur la formation planétaire. La plus largement acceptée est la théorie de l'accrétion, qui fonctionne bien pour les planètes rocheuses comme la Terre, mais pas aussi bien pour les géantes gazeuses comme Jupiter et les autres planètes extérieures.

Le deuxième modèle est une variante du précédent. Cela indique que les roches se forment en premier, qui sont attirées par gravitation les unes vers les autres, accélérant la formation planétaire.

Enfin, le troisième modèle est basé sur l'instabilité du disque, et c'est celui qui explique le mieux la formation des géantes gazeuses.

Le modèle d'accrétion nucléaire et les planètes rocheuses

Avec la naissance du Soleil, le matériau restant a commencé à s'agglutiner. De plus gros amas se sont formés et des éléments légers tels que l'hélium et l'hydrogène ont été emportés par le vent solaire vers des régions plus éloignées du centre.

De cette façon, les éléments et composés les plus lourds, tels que les métaux et les silicates, pourraient donner naissance aux planètes rocheuses proches du Soleil. Par la suite, un processus de différenciation géochimique a été lancé et les différentes couches de la Terre se sont formées.

Par contre, on sait que l'influence du vent solaire décroît avec la distance. Loin du Soleil, les gaz formés par les éléments légers peuvent s'accumuler. À ces distances, les températures glaciales favorisent la condensation des molécules d'eau et de méthane, donnant naissance à des planètes gazeuses.

Les astronomes affirment qu'il existe une frontière, appelée "ligne de glace" entre Mars et Jupiter, le long de la ceinture d'astéroïdes. Là, la fréquence des collisions était plus faible, mais le taux élevé de condensation a donné naissance à des planétésimaux de taille beaucoup plus grande.

De cette façon, les planètes géantes ont été créées, dans un processus qui a curieusement pris moins de temps que celui de la formation de planètes rocheuses.

La théorie de l'accrétion et les exoplanètes

Avec la découverte d'exoplanètes et les informations recueillies à leur sujet, les scientifiques sont à peu près certains que le modèle d'accrétion est le principal processus de formation planétaire.

C'est parce que le modèle explique très bien la formation de planètes rocheuses comme la Terre. Malgré tout, une bonne partie des exoplanètes découvertes jusqu'à présent sont de type gazeux, d'une taille comparable à celle de Jupiter ou bien plus grande.

Les observations indiquent également que les planètes gazeuses prédominent autour des étoiles avec des éléments plus lourds dans leur noyau. Au lieu de cela, des rochers se forment autour d'étoiles avec des noyaux légers, et le Soleil en fait partie.

Figure 3. Représentation artistique de l'exoplanète Kepler 62f autour de son étoile, dans la constellation Lyra. Source: Wikimedia Commons.

Mais en 2005, une exoplanète rocheuse a finalement été découverte en orbite autour d'une étoile de type solaire. D'une certaine manière, cette découverte, et d'autres qui ont suivi, indiquent que les planètes rocheuses sont également relativement abondantes.

Pour l'étude des exoplanètes et de leur formation, l'Agence spatiale européenne a lancé en 2017 le satellite CHEOPS (Characterizing ExOPlanets Satellite). Le satellite utilise un photomètre très sensible pour mesurer la lumière d'autres systèmes stellaires.

Lorsqu'une planète passe devant son étoile, elle subit une réduction de luminosité. En analysant cette lumière, la taille peut être connue et s'il s'agit de planètes géantes gazeuses ou rocheuses telles que la Terre et Mars.

À partir d'observations dans des systèmes jeunes, il sera possible de comprendre comment l'accrétion se produit dans la formation planétaire.

Références

1. Le pays. Il s'agit de «Cheops», le satellite espagnol de mesure des exoplanètes. Récupéré de: elpais.com.
2. Planet Hunters. Que comprenons-nous vraiment de la formation planétaire?. Récupéré de: blog.planethunters.org.
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6. Woolfson, M. L'origine et l'évolution du système solaire. Récupéré de: academy.oup.com.