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Les premiers petits corps du Système solaire formés dans deux anneaux distincts

17 janvier 2022

Une équipe internationale comprenant des chercheurs français, issus notamment de l’Observatoire de Paris - PSL, a montré, pour la première fois, que les premiers petits corps du Système solaire auraient pu se former dans deux anneaux distincts. Ces travaux ont été publiés le 22 décembre 2021 dans Nature Astronomy.

La formation des petits corps du Système solaire, tels que les astéroïdes, demeure mystérieuse.

Vue d’artiste d’un disque protoplanétaire. Les embryons planétaires sont piégés sur les lignes de sublimation des poussières composant le disque, assurant leur survie et favorisant leur croissance.
© Dante & Baillié

À ce jour, les simulations numériques montrent que le lieu le plus propice à une formation rapide des petits corps est la "ligne de glaces", c’est-à-dire le lieu du disque où la vapeur d’eau se condense sous forme de glace, à une température d’environ 160 K (environ -110° C).

Mais ce résultat est en conflit avec l’analyse des météorites de fer, issues des noyaux des premiers petits corps du Système solaire. Ces météorites se partagent en deux groupes ayant des propriétés isotopiques et chimiques différentes.

Deux anneaux distincts

Une équipe, comprenant de chercheurs de l’Observatoire de la Côte d’Azur, de l’Observatoire de Paris - PSL et de l’Institut de Physique du Globe de Paris, a montré, pour la première fois, que les premiers petits corps du Système solaire auraient pu se former dans deux anneaux distincts :

  • L’un près de la ligne de condensation des silicates, à proximité de l’orbite actuelle de la Terre ;
  • L’autre près de la ligne de glaces, à proximité de l’orbite actuelle de Jupiter.
Un schéma du modèle conçu par les auteurs pour expliquer la formation des deux familles de corps parents des météorites de fer, de type rocheux d’une part et riche en glaces d’autre part. Le point clé est qu’un disque alimenté près du Soleil s’étale radialement. Le gaz refroidit et condense les espèces chimiques plus réfractaires, comme les silicates, puis celles plus volatiles, comme la vapeur d’eau. Une fois condensés en poussières, ces éléments dérivent vers le Soleil, sous l’effet du frottement avec le gaz. Ainsi, la matière s’accumule à la ligne de condensation de l’eau et à celle des silicates, ce qui permet la formation des premiers planétésimaux dans deux anneaux distincts.
© A. Morbidelli et al.

Le premier anneau de petits corps, de nature rocheuse et avec une masse totale de 2-3 fois la masse de la Terre, aurait ensuite permis la formation des planètes telluriques.

Le deuxième anneau, composé de corps riches en glaces avec une masse totale d’une trentaine de masses terrestres, aurait conduit à la formation des noyaux des planètes géantes.

La formation contemporaine de ces deux anneaux de petits corps de caractéristiques chimiques différentes est en très bon accord avec les contraintes observationnelles fournies par les météorites de fer.

Cela montre également que le processus de formation planétaire a démarré très tôt dans la nébuleuse solaire, en même temps que la formation du Soleil, alors que notre Système Solaire était encore alimenté en matériaux par le milieu interstellaire.

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