Planètes extrasolaires : une nouvelle clé pour comprendre la formation planétaire - 17/10/2006

Les observations de disques circumstellaires accréditent aujourd'hui l'hypothèse de la nébuleuse primitive émise par Laplace et Kant dès la fin du 19ième siècle, mettant fin à des siècles de débat sur l'origine du Système Solaire.

Un scénario en deux étapes

On pense de nos jours que les planètes se forment au sein des disques qui entourent les étoiles jeunes en accumulant le matériau solide qu'ils contiennent sous forme de particules solides en suspension dans le gaz. Le scénario standard de formation des planètes a été imaginé par O. Shmidt et V-S. Safronov dans les années 60 et largement repris dans les années 80 par l'école américaine autour de G. Wetherill.

Ce scénario, dit des « planétésimaux », comprend essentiellement deux étapes : une première étape pendant laquelle l'évolution est dominée par la composante gazeuse, les particules solides en suspension dans le gaz s'agglomérant pour former une multitude de planétoïdes (ou planétésimaux) ; une seconde étape pendant laquelle l'évolution est dominée par la force gravitationnelle qui agit sur les planétésimaux en orbite autour de l'étoile. Les traces d'impacts à la surface de tous les corps du système Solaire attestent de l'existence d'une phase collisionnelle intense au moment de leur formation.

Figure 8 : Les deux étapes du scénario standard de Safronov (ou scénario des planétésimaux) : pendant la première, le gaz contrôle l'évolution; pendant la seconde, le matériau solide (sous forme d'une multitude de planétoïdes) prend le relais. Le disque de gaz et les planétésimaux tournent autour de l'étoile.

L'étape gravitationnelle, étudiée de façon aussi bien théorique que numérique, est globalement assez bien comprise. L'étape hydrodynamique reste très mal comprise, notamment à cause de notre méconnaissance de la turbulence dans les disques proto-planétaires. Néanmoins, les particules solides dont les tailles peuvent aller du micromètre au centimètre, ont tendance à « sédimenter » vers le plan équatorial en formant une sous-couche plus dense où vont se former les planétésimaux.

Une contrainte importante de ce scénario est que les planètes géantes gazeuses doivent être formées avant la dissipation du gaz qui, selon les observations, ne survit que quelques millions d'années.