Pour comprendre à quel point le système solaire précoce était chaotique, nous n'avons qu'à regarder la lune. Sa surface cratenée porte les cicatrices des multitudes de collisions. Le premier système solaire était comme un champ de débris où des objets se sont brisés dans des cascades de collisions. La même chose doit être vraie dans tous les jeunes systèmes solaires, et dans un nouvel article, les chercheurs décrivent comment ils ont simulé une collision entre deux planètes massives pour voir ce qui se passerait.
Certains noyaux d'exoplanètes massifs pourraient contenir plus de 100 masses de terre de matériaux solides. Ces planètes sont probablement devenues si grandes et contenaient tellement de métal car elles sont entrées en collision et ont fusionné avec plusieurs noyaux d'exoplanètes plus petits, chacun contenant environ 10 masses de terre. Dans la nouvelle recherche, les astronomes ont simulé une collision entre un géant gazier plus jeune et plus petit et un géant du gaz plus ancien et plus massif pour voir si l'impact a généré des ondes sismiques à longue durée de vie que le JWST pourrait détecter.
La recherche, intitulée «Oscillations sismiques excitées par des impacts géants sur les planètes géantes directement immériques», apparaît sur le arxiv serveur de préimprimée. L'auteur principal est JJ Zanazzi, physicien théorique à UC Berkeley qui étudie la formation de planète.
Deux questions guident ce travail. L'un demande si un impact géant comme celui-ci produit des ondes sismiques puissantes et à longue durée de vie, et la seconde demande si le JWST peut les détecter. Le JWST ne peut pas détecter les ondes sismiques mais peut détecter les changements de lumière avec une précision extrême. Si les ondes sismiques sont suffisamment puissantes, le télescope spatial peut les détecter via les changements photométriques dans la planète géante.
« En principe, les impacts à l'échelle de la planète pourraient exciter des oscillations sismiques dans des exoplanètes directement imagés, qui pourraient être détectés par des missions spatiales telles que JWST et Roman », écrivent les auteurs. « Ici, nous montrons qu'un impact géant avec un jeune géant du gaz excite les oscillations sismiques à longue durée de vie qui peuvent être détectées de manière photométrique. »
Ils se concentrent sur une exoplanète spécifique nommée Beta Pictoris B, un jeune super-jupiter avec environ 13 masses Jupiter. Beta Pictoris B n'a que 12 à 20 millions d'années. Le système bêta pictoris et l'exoplanet font l'objet de nombreuses recherches. La recherche montre que la planète est enrichie de métaux, probablement en raison de « un fort enrichissement de la planète », indique un journal de 2019.
L'exoplanet géant contient entre 100 et 300 masses terrestres de métaux lourds. En astronomie, les métaux sont quelque chose de plus lourd que l'hydrogène et l'hélium, tandis que les métaux lourds sont plus lourds que le fer.
Les chercheurs ont calculé les résultats d'une planète Neptune-Mass avec 17 masses de Terre entrant en collision et fusionnant avec Beta Pictoris b.
« Les vastes réserves de métaux lourds dans les exoplanètes de la masse Jupiter peuvent être amassés par des impacts géants », expliquent les auteurs. « Les impacteurs et l'élan qu'ils confèrent à une planète croissante excitent un spectre de modes sismiques. »
Ils expliquent qu'une fois cette activité sismique activée, elle peut persister sur des échelles de temps similaires à l'âge d'une jeune planète.
Les chercheurs ont constaté que la luminosité de la bêta picturis B varierait conformément aux ondes sismiques induites. Le JWST détecterait certains effets si une collision s'était produite au cours des 9 à 18 millions d'années.
L'utilisation des puissantes capacités photométriques de JWST offre une nouvelle façon d'utiliser des ondes sismiques pour sonder les intérieurs Exoplanet.
« La sismologie offre une fenêtre directe sur les intérieurs géants de la planète », écrivent les auteurs. « Parce que les modes normaux les plus longs ont des fréquences comparables à la fréquence dynamique de la planète … Une mesure de fréquence limiterait la densité en vrac de la planète. »
Ils disent également que certaines de ces observations pourraient détecter « les régions de stratification stable, comme cela a été fait pour Saturne ». Des mesures de gravité ont été utilisées pour mesurer les structures internes des planètes géantes, mais cette méthode peut être utilisée sur des planètes géantes éloignées autour d'autres étoiles.
Les auteurs expliquent que leur méthode pourrait avoir d'autres utilisations: elle pourrait être utilisée pour détecter les migrations planétaires.
« Les impacts ne sont pas le seul moyen d'exciter les oscillations dans des planètes géantes », écrivent les auteurs. «Les jupiters chauds et chauds peuvent se former par une migration excentrique élevée, un processus par lequel les forces gravitationnelles de marée de l'étoile hôte excitent le mode fondamental de fréquence la plus basse aux grandes amplitudes.
« Les courbes de lumière infrarouge de planètes massives très excentriques peuvent présenter des variations à partir de modèles F excités par les marées », concluent-ils.
