Nous connaissons déjà une quantité décente sur la façon dont les planètes se forment, mais la formation de la lune est un autre processus entièrement, et celle que nous ne connaissons pas autant. Les scientifiques pensent qu'ils comprennent comment la lune la plus importante de notre système solaire (la nôtre) s'est formée, mais sa naissance violente n'est pas la norme et ne peut pas expliquer les plus grands systèmes de lune comme les lunes galiléennes autour de Jupiter. Un nouveau chapitre de livre, également publié comme un article de préparation sur arxivpar Yuhito Shibaike et Yann Alibert de l'Université de Berne, discute des différentes idées entourant la formation de grands systèmes de lune, en particulier des Galiléens, et comment nous pourrions un jour être en mesure de les différencier.
Les lunes galiléennes forment ce que l'on appelle le disque circum-jovien (CJD), un analogue du disque circumnaire (CSD) qui entoure le soleil, mais a plutôt Jupiter en son centre. Les 93 autres lunes non galiléennes autour de Jupiter définissent également le CJD, mais leur création pourrait être différente en raison des différentiels de taille.
Selon l'article, il existe trois principales différences entre la formation de planètes et la formation de lunes. La formation de la lune se produit sur une échelle de temps beaucoup plus rapide – plus 10 à 100 fois plus rapide que la formation de la planète. Le système lui-même gagne également toujours du matériel supplémentaire du CSD et le perd à ce qui se trouve au centre du disque, ce qui dans le cas de la CJD est Jupiter.
Et enfin, il n'y a pas autant d'exemples de systèmes avec plusieurs grandes lunes qu'il existe des systèmes planétaires, du moins depuis la découverte des exoplanètes il y a 30 ans. Jupiter et Saturne restent nos seuls exemples de grands systèmes de lune, et il faudra un certain temps avant que tout système multi-exo-lune ne soit trouvé.
Fraser discute de la formation de notre propre lune, qui était radicalement différente de celle des Galiléens.
Alors, que pouvons-nous dire sur la formation de ces systèmes de lune des deux que nous connaissons? Le papier décompose le processus en un processus en trois étapes. Le premier est la formation du CJD, qui comprend le gaz et la poussière ainsi que les lunes. Cela a été soutenu à l'origine par un «modèle de masse minimum» développé dans les années 1980 qui supposait que le disque était statique et contenait approximativement la masse globale des lunes galiléennes. En 2002, une nouvelle théorie a été développée qui a modélisé le CJD comme un « disque affamé de gaz » où le CJD d'origine était relativement pauvre en matière mais avait beaucoup de matériau supplémentaire ajouté par capture gravitationnelle du CSD.
Cette capture gravitationnelle aurait joué un rôle clé dans la formation des lunes galiléennes et marque la deuxième phase de leur création. Cependant, Jupiter est une planète, et l'une des exigences d'une planète est qu'elle efface son chemin orbital. Étant donné que Jupiter est la plus grande planète, il le fait très efficacement, ce qui inclut ce que les astronomes considèrent comme des « cailloux » (mais sur terre pourraient être considérés comme un rocher de taille décente de quelques mètres de diamètre).
Une façon pour les lunes de s'accumuler étant donné cette pénurie de petits matériaux est d'utiliser des matériaux encore plus petits – des particules de poussière que peuvent faire leur chemin dans la CJD sans être perturbée par Jupiter, bien qu'il y ait un débat sur l'efficacité de ce processus. Une autre méthode serait la « capture planète » où la gravité de Jupiter attrape bien le cœur de ce qui aurait fini par être une planète, mais finit ensuite par être l'une des lunes de la planète géante. Ils auraient pu être perturbés par Saturne, puis ralentir sur leur orbite en parcourant le nuage de gaz entourant Jupiter précoce qui a constitué le CJD.
Fraser discute des missions qui exploreront plus en détail les lunes de Jupiter.
Il existe quelques différences dans les lunes galiléennes elles-mêmes qui peuvent être utilisées pour prouver ou réfuter ces différentes théories de formation. Par exemple, Callisto n'est pas du tout en résonance avec Jupiter, contrairement au reste de ses frères galiléens.
Une théorie potentielle à cela est que la quatrième lune de Jupiter s'est formée dans différentes conditions, ou peut-être a été frappée par son propre impacteur qui l'a fait tomber de son cours naturel. Callisto est à nouveau une valeur aberrante car elle n'est que partiellement « différenciée » (ce qui signifie qu'il a un noyau, un manteau et une coquille extérieurs séparés), contrairement à ses trois compatriotes. Certains modèles d'accrétion de galets pensent que Callisto est encore au début de son parcours de formation et finira par commencer à ressembler davantage à ses pairs.
Mais en fin de compte, ces questions, et bien d'autres sur la formation de grands systèmes de lune, seront difficiles à répondre sans plus de données. La mission Jupiter Icy Moon Explorer (Juice) aidera à faire la lumière sur ces questions, mais même alors, ce n'est encore qu'un ou deux ensembles de données que nous avons disponibles.
Jusqu'à ce que les télescopes de chasse aux exoplanet deviennent suffisamment puissants pour commencer à trouver des exomons aussi souvent qu'ils trouvent actuellement des planètes, bon nombre de ces théories de formation resteront non testées. Ces données finiront par arriver un jour, et lorsqu'elle le fera, elle nous aidera à mieux comprendre certaines parties importantes de notre propre système solaire.
