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De nouvelles simulations affinent nos connaissances des facteurs régulant la formation des planètes
La formation des planètes — comme celles de notre système solaire — débute dans les grands disques de gaz qui entourent les jeunes étoiles. Ce sont les petits grains de poussière présents dans ces environnements qui, par collision les uns avec les autres, vont former des galets de taille centimétrique puis des planétésimaux de taille kilométrique. La gravité prend ensuite le relais pour agglomérer ces planétésimaux en protoplanètes. Jusqu’à maintenant le mécanisme de passage des galets aux planétésimaux était mal compris mais de nouvelles simulations mettent en avant le rôle de plusieurs facteurs clé.
Vue d'artiste d'une jeune étoile entourée par un disque protoplanétaire de gaz et de poussières. Ce sont dans ces grandes structures, au niveau des cercles concentriques plus sombres, que se forment les planètes. Crédit : ESO / L. Calçada (CC-BY)
Pour expliquer la formation des planètes, l’hypothèse la plus prometteuse est celle de l’instabilité d’écoulement qui permet de concentrer rapidement des galets pour former des planétésimaux. Cependant, celle-ci a besoin de conditions particulières pour se déclencher et les astrophysiciens ignoraient si elles étaient bien présentes dans les disques protoplanétaires.
De nouveaux modèles informatiques ont permis à des chercheurs du Centre de recherche astrophysique de Lyon (CNRS, ENS de Lyon, Université Lyon 1) de vérifier ces conditions et ont mis en évidence le rôle essentiel de la porosité des grains, de la fragmentation, de la compaction et de la ligne de gel du monoxyde de carbone (CO) pour la formation des planétésimaux.
Cette ligne est la limite au-delà de laquelle le CO forme, autour des gains de poussière, une pellicule de glace qui affecte l’adhérence des poussières entre elles. Plus près de l’étoile, le CO est présent sous forme de gaz. Sans prendre en compte ce paramètre, les simulations montrent une formation de planétésimaux dans une partie réduite du disque, à proximité de l’étoile. Mais, en ajoutant la ligne de gel aux paramètres du modèle, l’équipe a obtenu une large zone où le rapport entre poussière et gaz est favorable à la formation de planétésimaux (voir figure).
Simulation des zones où le rapport ε entre poussière et gaz permet la formation de planétésimaux : à gauche sans prendre en compte la ligne de gel du CO et, à droite, en la prenant en compte (ligne pointillée). Quand elle est présente, elle agit comme une barrière qui alimente lentement l’intérieur du disque en grains de poussière.
Référence article
GONZALEZ, Jean-François ; MICHOULIER, Stéphane. The CO snow line favours strong clumping by the streaming instability in protoplanetary discs with porous grains. Astronomy & Astrophysics, 2026, 706, L14, 8 p. https://doi.org/10.1051/0004-6361/202557914
