164 - A PROPOS DE LA FORMATION DES PLANÈTES SOLITAIRES

L'ARTICLE

Depuis trente ans, les chercheurs traquent des objets à la frontière entre planètes et étoiles, qui errent dans la Voie lactée Avec l’arrivée du télescope spatial James-Webb (JWST), le catalogue s’enrichit et s’accompagne de surprises qui mettent à mal les théories de formation en planétologie.

En octobre 2023, des astronomes ont utilisé le télescope spatial James-Webb (JWST) pour zoomer sur une région au sud de la Ceinture, sur la nébuleuse d’Orion, et ont identifié quelque cinq cents autres points auparavant invisibles. Ces mondes sont si petits et si peu lumineux qu’ils brouillent la frontière entre ce qu’on définit comme une étoile ou comme une planète.

Parfois appelés « planètes flottantes » ou « errantes », ces mondes solitaires dérivent librement dans l’espace. Si les astronomes sont capables d’estimer la masse de ces boules de gaz sombres de la taille de Jupiter, leur origine reste peu claire. S’agit-il vraiment de planètes, des « Jupiters » qui étaient autrefois en orbite autour d’une étoile et qui ont été éjectées d’une façon ou d’une autre ? Ou s’agit-il plutôt de microétoiles qui n’ont pas réussi à s’allumer ?

Au lieu de répondre à cette question, les clichés du JWST ajoutent au mystère : l’œil infrarouge du télescope a découvert que des dizaines de ces mondes semblent se mouvoir par paires, tournant l’un autour de l’autre – une configuration déroutante qui, si elle était confirmée, défierait toutes les attentes.

Ces duos improbables ne s’expliquent pas facilement avec les théories actuelles sur la formation des étoiles ou des planètes errantes. Pour fusionner l’hydrogène et briller, les étoiles doivent être au moins 80 fois plus massives que Jupiter. Les mondes errants sont beaucoup plus légers et sont communément définis comme ayant une masse inférieure à 13 fois celle de Jupiter. Tout astre entre 13 et 80 Jupiters peut en effet fusionner une variante plus lourde de l’hydrogène – le deutérium ; il se range alors dans la famille des naines brunes.

En 2021, on a  trouvé une centaine d’objets candidats d’une masse comprise entre 4 et 13 fois celle de Jupiter, ce qui a multiplié par cinq le nombre de mondes errants connus.

Avec cette collection plus riche d’objets à analyser, les chercheurs ont pu se pencher sur la question fondamentale de l’origine de ces mondes. L’une des possibilités est la voie planétaire : ils se sont formés à partir des débris qui constituent les disques entourant une étoile nouvellement née. Une rencontre fortuite avec un voisin les aurait ensuite éjectés, comme dans les simulations de Sean Raymond en 2010.

La seconde possibilité est que ces astres errants se soient constitués seuls, lorsqu’un nuage isolé d’hydrogène et d’hélium est devenu assez dense pour s’effondrer sous son propre poids et former une boule plus compacte. C’est ainsi que naissent les étoiles, et ces mondes ressembleraient davantage à de minuscules naines brunes qu’à des planètes.

Núria Miret Roig et Hervé Bouy sont arrivés à la conclusion que ces deux scénarios rendaient compte chacun d’une part des objets de leur catalogue sans pouvoir dire précisément combien étaient des planètes et combien des étoiles. Néanmoins, les objets les plus légers, a priori des planètes éjectées, étaient bien trop nombreux pour que les modèles d’expulsion suffisent à les expliquer. « Il y a beaucoup de planètes errantes, résume la chercheuse, elles se forment probablement par plusieurs mécanismes différents. »

Mais la véritable surprise a été de voir, quelque chose qui, au départ, n’avait pas beaucoup de sens. Certaines de ces taches lumineuses étaient des paires d’objets de la masse de Jupiter. Au total, il a recensé 42 paires d’astres tourbillonnants, un nombre impressionnant.

Ls clichés de la nébuleuse d’Orion du télescope spatial James-Webb ont révélé des objets étonnants, des couples de mondes errants, dont la formation est difficile à expliquer avec les théories actuelles.

D’un point de vue théorique, ces duos semblaient presque impossibles. Il était peu probable qu’il s’agisse de planètes éjectées : lorsqu’une planète en expulse une autre d’un système stellaire, la planète éjectée s’envole presque toujours seule. Mais il ne pouvait pas non plus s’agir d’étoiles, car nombre d’entre elles pesaient l’équivalent de Jupiter et guère plus, une masse trop faible pour que l’objet se soit formé directement à partir de l’effondrement d’un nuage de gaz. L’équipe a baptisé ces duos mystérieux des « jumbos », l’acronyme anglais pour « objets binaires de la masse de Jupiter ».

Ce phénomène n’avait pas du tout été prévu. Aucune théorie existante ne nous aurait permis de nous attendre à ce que ces objets planétaires soient aussi abondants », s’étonne Matthew Bate, astrophysicien à l’université d’Exeter.

Les astronomes avaient déjà observé que, bien que de nombreuses étoiles massives tournoient dans l’espace avec des partenaires, la fraction d’étoiles en couple diminue avec leur masse. « Nous nous attendions à ce que cette tendance se poursuive », Ainsi, le pourcentage de paires d’objets de la masse de Jupiter « devrait tendre vers zéro ». Un saut à 10 % ne figurait pas du tout dans la liste des découvertes attendues du JWST.

Pour d’autres astrophysiciens théoriques, ces jumbos et ces simulations sont plausibles… et surprenants. « Je ne pensais pas que [la création d’une paire de planètes errantes] était possible du point de vue de l’éjection, note Sean Raymond. Mais cet article change la donne. » « Nous savons, grâce à la recherche par imagerie directe de jeunes étoiles, que très peu de ces astres ont des planètes géantes sur des orbites [larges], remarque Matthew Bate. Il est difficile de croire qu’il y ait eu beaucoup systèmes planétaires de grande taille dans la nébuleuse d’Orion pour les perturber. »

À ce stade, de nombreux chercheurs explorent d’autres pistes pour expliquer la formation de ces mondes errants, les théoriciens suggèrent que les ondes de choc des supernovæ seraient en mesure de comprimer les petits nuages de gaz et de les aider à s’effondrer en paires d’étoiles minuscules plus facilement que ne le prévoient les modèles actuels.

Bien que de nombreuses questions restent en suspens, la multitude de mondes flottants découverts ces deux dernières années a permis aux chercheurs d’avancer dans leur compréhension. D’abord, ces objets se forment vite, sur des millions d’années plutôt que sur des milliards. Dans la nébuleuse d’Orion, qui est née il y a environ 3 millions d’années, des nuages de gaz se sont effondrés, des planètes se sont constituées et certaines ont peut-être même été entraînées dans l’abîme par des étoiles de passage.

« La formation d’une planète en 1 million d’années est difficile à réaliser avec les modèles actuels, constate Nienke van der Marel. Cette [découverte] ajouterait une nouvelle pièce au puzzle. »

Autre conclusion, le nombre de ces mondes errants est gigantesque. Pour des raisons évidentes, les géantes gazeuses sont les plus faciles à observer, mais elles sont aussi les plus difficiles à expulser de leur système, de la même façon qu’une boule de bowling serait plus difficile à éjecter qu’une boule de billard. Cette observation suggère que pour chaque « Jupiter errante » repérée, de nombreuses « Neptunes et Terres errantes » passent inaperçues. Nous vivons probablement dans une galaxie qui regorge de mondes bannis de toutes tailles.

« Nous savons qu’il y a tout un tas d’objets entre les étoiles », conclut Sean Raymond. Ce type de recherche « ouvre une fenêtre sur tout cela, pas seulement sur les planètes errantes, mais sur les objets errants en général. »

COMMENTAIRES

Tant que l’astrophysique contemporaine restera prisonnière du modèle de la genèse par effondrement gravitationnel d’un nuage préexistant à l’étoile, elle ne comprendra rien à certains phénomènes. Ce modèle classique impose la présence d’un matériau préalable à son effondrement ; ce matériau peu « être là » ou être issu d’une étoile ; la planète se forme alors par agrégation des « déchets » provenant de la formation antérieure de l’étoile. Mais que se passe-t-il pour les planètes errantes, pour les astres solitaires situés loin d’une quelconque étoile. L’article ci-dessus montre les contorsions que les théoriciens doivent imaginer pour justifier la présence d’un nombre incroyablement élevé de planètes de toutes les tailles (onde de choc hypothétique, éjection au loin par l’étoile génitrice etc.).

Notre hypothèse permet de simplifier notablement la question : les étoiles, les planètes se forment quelque que soit leur masse à partir d’une onde de choc d’intensité variable. Elles prélèvent leur matériaux constitutifs sur la substance de l’espace selon un mécanisme que nous avons décrit ( voir http://lesnouveauxprincipes.fr/cosmophysique/3-lauto-production-des-elements). Le nuage ne préexiste pas à l’étoile mais au contraire, il résulte de la production par l’étoile elle-même.

 163 -  LE MODE VRAI DE FORMATION DES GALAXIES.

 L’ARTICLE

 La galaxie AM 1054-325 a été déformée en forme de S à partir d'une forme spirale normale en forme de crêpe par l'attraction gravitationnelle d'une galaxie voisine, vue sur cette image du télescope spatial Hubble. Une conséquence de ceci est que des amas d’étoiles nouveau-nés se forment le long d’une queue de marée étendue sur des milliers d’années-lumière, ressemblant à un collier de perles.

Ils se forment lorsque des nœuds de gaz s’effondrent gravitationnellement pour créer environ 1 million d’étoiles nouveau-nées par amas.

Lorsque des événements cosmiques spectaculaires tels que des collisions de galaxies se produisent, ils déclenchent une réaction pour former de nouvelles étoiles, et peut-être de nouvelles planètes qui, autrement, ne se seraient pas formées. L'attraction gravitationnelle qui provoque les collisions entre ces galaxies crée des queues de marée, la longue et mince région des étoiles et du gaz interstellaire.

Les amas dans les queues de marée sont connus depuis des décennies. Lorsque les galaxies interagissent, les forces gravitationnelles des marées entraînent de longues banderoles de gaz et de poussière. Deux exemples populaires sont les galaxies Antennes et Souris avec leurs projections longues et étroites en forme de doigts.

Une équipe d'astronomes a utilisé une combinaison de nouvelles observations et de données d'archives pour obtenir l'âge et la masse des amas d'étoiles de la queue de marée. Ils ont découvert que ces amas sont très jeunes : ils n’ont que 10 millions d’années. Et ils semblent se former au même rythme le long de queues s’étendant sur des milliers d’années-lumière.

 

Avant les fusions, les galaxies étaient riches en nuages poussiéreux d’hydrogène moléculaire qui étaient peut-être simplement restés inertes. Mais les nuages se sont bousculés et se sont heurtés au fil des rencontres. Cela a comprimé l’hydrogène au point de précipiter une tempête de feu de naissance d’étoiles.

COMMENTAIRES

Aucune théorie sérieuse n’explique la formation des galaxies, la plupart imaginent que leurs étoiles sont nées simultanément à partir d’un nuage géniteur. Mais comment alors expliquer les âgés différents des étoiles qui les composent ?

Pour le moins dans cet article nous savons où ces étoiles se forment : dans les queues des galaxies : « ces amas d’étoiles nouveau-nés se forment le long d’une queue de marée étendue sur des milliers d’années-lumière ». Elles naissent à partir de gaz déjà présent mais il faut des « collisions de galaxies » pour susciter l’effondrement de ces nuages interstellaires. Mais on ne voit pas pourquoi ces jeunes étoiles se situeraient en queue de galaxies et non pas n’importe où.

L’explication alternative que nous proposons est la suivante : les étoiles naissent en dehors de la galaxie et sont progressivement attirés par sa force de gravité Ceci permet de comprendre que les jeunes étoiles se trouvent toujours en queue de la galaxie et composent cette même queue puisque ce sont celles qui ont rejoint en dernier la structure galactique. Une galaxie est une agglomération progressive d’étoiles et ne forme pas spontanément et en même temps les astres qui la composent. Toutes les étoiles naissantes d’un espace donné sont attirées gravitationnellement par les astres et les structures les plus massives, les astres nouveaux rejoignent cette structure en se positionnant en queue de la galaxie.