Des bonhommes de neige flottant dans l'espace: loin d'être une fantaisie, cette forme apparaît sur certains objets glacés aux confins du Système solaire. Comment des structures aussi particulières peuvent-elles naître ?
Ces objets, nommés planétésimaux, sont les vestiges des premiers âges de notre système planétaire. Ils se forment à partir de disques de poussière entourant les jeunes étoiles, où des cailloux de petite taille s'agglomèrent progressivement sous l'influence de la gravité. Comme des flocons de neige qui s'assemblent, ils donnent naissance à des corps plus massifs, essentiels à la construction des planètes.
Image composite de l'objet de la ceinture de Kuiper Arrokoth, photographié par la sonde New Horizons de la NASA en 2019.
Crédit: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute En 2019, la mission New Horizons de la NASA a offert un premier regard rapproché sur ces curiosités. Les images d'Arrokoth, un planétésimal composé de deux sphères reliées, ont confirmé leur présence. Cette observation a immédiatement soulevé des interrogations sur les mécanismes à l'œuvre dans ces régions lointaines, au-delà de l'orbite de Neptune.
Une étude récente, publiée dans
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, apporte des éléments de réponse en utilisant une approche novatrice. Les chercheurs ont modélisé les planétésimaux non pas comme des sphères parfaites, mais comme des nuages de particules qui interagissent. Cette méthode, plus détaillée, permet de suivre le comportement individuel de chaque caillou au sein du système.
Dans ces simulations, les nuages en rotation peuvent parfois se scinder en deux ensembles distincts qui orbitent l'un autour de l'autre. Les éléments s'agglomèrent et, sous l'effet de leur attraction mutuelle, se rapprochent lentement jusqu'à entrer en contact de manière douce. Cette fusion crée diverses formes, allant de sphères à des structures allongées ou en forme de bonhomme de neige, selon la vitesse et la cohésion des particules.
Les résultats montrent que seulement 4 % des planétésimaux simulés deviennent des binaires de contact, un taux inférieur aux estimations antérieures. Les scientifiques attribuent cet écart aux limites des modèles informatiques, notamment en termes de nombre et de taille des particules utilisées. Améliorer ces paramètres pourrait augmenter la proportion de ces objets particuliers dans les simulations futures.
Résultats de simulations.
Crédit: Michigan State University Jacobson Lab
Les chercheurs explorent maintenant la possibilité de formations plus élaborées, comme des systèmes triples où trois planétésimaux orbitent ensemble. Ces travaux pourraient aider à comprendre la diversité des objets observés dans la ceinture de Kuiper. Sans collision pour les déstabiliser, ces structures peuvent persister pendant des milliards d'années.