Les entrailles de Jupiter regorgent de restes de bébés planètes que la géante gazeuse a engloutis lors de son expansion pour devenir le béhémoth que nous voyons aujourd’hui, ont découvert des scientifiques. Les résultats proviennent de la première vue claire de la chimie sous l’atmosphère extérieure nuageuse de la planète.
Bien qu’elle soit la plus grande planète du système solaire, Jupiter a très peu divulgué son fonctionnement interne. Les télescopes ont capturé des milliers d’images de la nuages vortex tourbillonnants dans la haute atmosphère de la géante gazeuse, mais ces tempêtes à la Van Gogh agissent également comme une barrière bloquant notre vision de ce qui se trouve en dessous.
“Jupiter a été l’une des premières planètes à se former dans notre système solaire“, au cours des premiers millions d’années qui ont suivi la formation du système solaire il y a environ 4,5 milliards d’années, a déclaré à Live Science la chercheuse principale Yamila Miguel, astrophysicienne à l’Université de Leiden aux Pays-Bas. Cependant, nous ne savons presque rien avec certitude sur la façon dont il s’est formé. , elle a ajouté.
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Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont finalement pu voir au-delà de la couverture nuageuse obscurcissante de Jupiter en utilisant les données gravitationnelles recueillies par la sonde spatiale Juno de la NASA. Ces données ont permis à l’équipe de cartographier le matériau rocheux au cœur de la planète géante, qui a révélé une abondance étonnamment élevée d’éléments lourds. La composition chimique suggère que Jupiter a dévoré des bébés planètes, ou planétésimaux, pour alimenter sa croissance expansive.
Cultiver une géante gazeuse
Jupiter est peut-être principalement une boule de gaz tourbillonnant aujourd’hui, mais il a commencé sa vie en accrétant des matériaux rocheux, comme toutes les autres planètes du système solaire. Comme la planète la gravité aspiré de plus en plus de roches, le noyau rocheux est devenu si dense qu’il a commencé à aspirer de grandes quantités de gaz de loin – principalement de l’hydrogène et de l’hélium laissés par le Soleil‘s naissance – pour former son énorme atmosphère remplie de gaz.
Il existe deux théories concurrentes sur la façon dont Jupiter a réussi à collecter son matériau rocheux initial. Une théorie est que Jupiter a accumulé des milliards de roches spatiales plus petites, que les astronomes surnomment des cailloux (bien que ces roches soient probablement plus proches en taille des rochers plutôt que des cailloux réels).
La théorie opposée, qui est étayée par les résultats de la nouvelle étude, est que le noyau de Jupiter a été formé à partir de l’absorption de nombreux planétésimaux – de grandes roches spatiales s’étendant sur plusieurs kilomètres, qui, si elles n’avaient pas été perturbées, auraient potentiellement agi comme des graines à partir desquelles de plus petites planètes rocheuses Comme Terre ou Mars pourrait se développer.
Cependant, jusqu’à présent, il n’a pas été possible de dire avec certitude laquelle de ces théories est correcte. “Parce que nous ne pouvons pas observer directement comment Jupiter s’est formé, nous devons assembler les pièces avec les informations dont nous disposons aujourd’hui”, a déclaré Miguel. “Et ce n’est pas une tâche facile.”
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Sonder la planète
Pour tenter de trancher le débat, les chercheurs devaient construire une image de l’intérieur de Jupiter. “Ici sur Terre, nous utilisons des sismographes pour étudier l’intérieur de la planète à l’aide de tremblements de terre”, a déclaré Miguel. Mais Jupiter n’a pas de surface sur laquelle placer de tels dispositifs, et il est peu probable que le noyau de Jupiter ait beaucoup d’activité tectonique de toute façon, a-t-elle ajouté.
Au lieu de cela, les chercheurs ont construit des modèles informatiques des entrailles de Jupiter en combinant des données, qui ont été principalement collectées par Juno, ainsi que certaines données de son prédécesseur Galileo. Les sondes ont mesuré le champ gravitationnel de la planète en différents points autour de son orbite. Les données ont montré que le matériau rocheux accrété par Jupiter a une forte concentration d’éléments lourds, qui forment des solides denses et, par conséquent, ont un effet gravitationnel plus fort que l’atmosphère gazeuse. Ces données ont permis à l’équipe de cartographier de légères variations de la gravité de la planète, ce qui les a aidés à voir où se trouve le matériau rocheux sur la planète.
“Juno a fourni des données gravimétriques très précises qui nous ont aidés à limiter la distribution du matériau à l’intérieur de Jupiter”, a déclaré Miguel. “Ce sont des données très uniques que nous ne pouvons obtenir qu’avec un vaisseau spatial en orbite autour de la planète.”
Les modèles du chercheur ont révélé qu’il existe un équivalent entre 11 et 30 masses terrestres d’éléments lourds au sein de Jupiter (3 à 9 % de la masse de Jupiter), ce qui est bien plus que prévu.
Cailloux contre planétésimaux
Les nouveaux modèles indiquent une origine planétésimale pour Jupiter, car la théorie de l’accrétion de galets ne peut pas expliquer une concentration aussi élevée d’éléments lourds, a déclaré Miguel. Si Jupiter s’était initialement formé à partir de cailloux, le début éventuel du processus d’accrétion de gaz, une fois que la planète était suffisamment grande, aurait immédiatement mis fin à l’étape d’accrétion rocheuse. C’est parce que la couche croissante de gaz aurait créé une barrière de pression qui empêcherait l’entraînement de cailloux supplémentaires à l’intérieur de la planète, a expliqué Miguel. Cette phase d’accrétion rocheuse réduite aurait probablement donné à Jupiter une abondance de métaux lourds, ou métallicité, considérablement réduite par rapport à ce que les chercheurs ont calculé.
Cependant, des planétésimaux auraient pu se glisser sur le noyau de Jupiter même après le début de la phase d’accrétion de gaz ; c’est parce que l’attraction gravitationnelle sur les roches aurait été supérieure à la pression exercée par le gaz. Cette accrétion simultanée de matériaux rocheux et de gaz proposée par la théorie planétésimale est la seule explication des niveaux élevés d’éléments lourds dans Jupiter, ont déclaré les chercheurs.
L’étude a également révélé une autre découverte intéressante : les entrailles de Jupiter ne se mélangent pas bien dans sa haute atmosphère, ce qui va à l’encontre de ce que les scientifiques avaient prévu auparavant. Le nouveau modèle de l’intérieur de Jupiter montre que les éléments lourds que la planète a absorbés sont restés largement proches de son noyau et de la basse atmosphère. Les chercheurs avaient supposé que la convection mélangeait l’atmosphère de Jupiter, de sorte que le gaz plus chaud près du noyau de la planète s’élèverait dans l’atmosphère extérieure avant de se refroidir et de retomber ; si tel était le cas, les éléments lourds seraient mélangés plus uniformément dans l’atmosphère.
Cependant, il est possible que certaines régions de Jupiter aient un petit effet de convection, et des recherches supplémentaires sont nécessaires pour déterminer exactement ce qui se passe dans l’atmosphère de la géante gazeuse, a déclaré Miguel.
Les découvertes des chercheurs pourraient également modifier les histoires d’origine d’autres planètes du système solaire. “Jupiter a été la planète la plus influente dans la formation du système solaire”, a déclaré Miguel. Son attraction gravitationnelle a contribué à façonner la taille et les orbites de ses voisins cosmiques, et ainsi déterminer comment il est apparu a des effets d’entraînement importants pour d’autres planètes, a-t-elle ajouté. Les résultats suggèrent également une origine planétésimale potentielle pour les autres géantes gazeuses du système solaire : Saturne, Uranus et Neptune.
D’autres mondes gazeux dans d’autres systèmes stellaires pourraient également s’être formés en engloutissant des planétésimaux plutôt que des cailloux, ce qui signifie qu’ils peuvent également avoir une métallicité plus élevée que leur apparence ne le suggère. Il est donc important que lorsque nous trouverons ces nouveaux mondes, qui sont recherchés à l’aide de la NASA Télescope James Webbnous ne les jugeons pas par leurs couvertures nuageuses, ont déclaré les chercheurs.
L’étude a été publiée en ligne le 8 juin dans la revue Astronomie et astrophysique (s’ouvre dans un nouvel onglet).
Publié à l’origine sur Live Science.
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