Astronomie

La compatibilité de l'hypothèse de Grand Tack avec la théorie du « core-warping impact » du noyau diffus de Jupiter

La compatibilité de l'hypothèse de Grand Tack avec la théorie du « core-warping impact » du noyau diffus de Jupiter

Ces dernières années, le Junon mission a révélé que le noyau de Jupiter était beaucoup plus diffus que les astronomes ne l'avaient prévu.

Une théorie est que « quelques millions d'années » après sa formation, Jupiter a subi une collision frontale avec un planétésimal d'environ $10M_{⊕}$, ajoutant beaucoup plus de masse à son noyau à partir du planétésimal de silicate, mais provoquant également la fragmentation et le mélange du contenu du noyau avec l'enveloppe interne.

Les modèles utilisés dans cette théorie ont placé Jupiter à une distance de 5,2 UA du Soleil, ce qui est approximativement la même que son demi-grand axe aujourd'hui. Le planétésimal en question se situerait à l'extrémité supérieure de la plage de masse valide pour une Super-Terre.

Or, selon la théorie de Grand Tack, Jupiter s'est à l'origine formé à une distance de $environ 3,5$ AU et a migré vers l'intérieur vers le Soleil, avant que les interactions gravitationnelles avec Saturne ne provoquent le déplacement des deux planètes vers l'extérieur et amène Jupiter sur son orbite actuelle.

Saturne lui-même se serait formé à une distance de $environ 4.5$ AU, augmentant en masse de $30M_{⊕}$ à $60M_{⊕}$ pendant le premier $10^5$ années de migration intérieure de Jupiter, avant de commencer sa propre migration intérieure. Cela aurait été beaucoup plus rapide que celui de Jupiter, permettant à Saturne de "rattraper son retard" et les interactions gravitationnelles telles que décrites se produiraient ensuite.

Les formations originales se seraient toutes produites sur une échelle de temps de $moinsenviron 6Myr$, peut-être plus près de $environ 3Myr$. (L'article original décrivant le Grand Tack ne fait référence qu'à « quelques Myr » ; les chiffres ici sont basés sur « les fréquences de disque et les durées de vie dans les jeunes clusters », qu'il cite à l'appui de cela.) s'est produit sur une période de 800 000 ans (voir la figure 1 de l'article de Grand Tack)

(Par ailleurs, les noyaux d'Uranus et de Neptune sont chacun $environ 5M_{⊕}$ au début de cette migration, passant à des valeurs $> 10M_{⊕}$ à la fin.)

Jusqu'à présent, les deux modèles semblent assez compatibles l'un avec l'autre, la collision se produisant après que Jupiter se soit installé sur son orbite de 5,2 UA. Mais il y a un détail dont je ne suis pas sûr. Voici la question :

  • Les descriptions de la théorie de Grand Tack décrivent Jupiter comme dispersant les premiers planétésimaux car sa gravité a perturbé leurs orbites. Certains sont entrés en collision les uns avec les autres, d'autres ont été propulsés vers le Soleil… Est-il plus probable que l'un d'eux soit entré en collision avec Jupiter lui-même à l'angle frontal nécessaire à la collision de déformation du noyau ? Ce qui signifierait que l'impact s'est produit avant que Jupiter n'atteigne son orbite finale.

En plus…

  • L'échelle de temps "quelques millions d'années" est assez vague. Est-ce que quelqu'un connaît des détails supplémentaires qui pourraient suggérer que l'impact s'est produit avant le calendrier du Grand Tack ?

Références (non payantes) :

Haisch Jr, K.E., Lada, E.A. et Lada, C.J. (2001). Fréquences et durées de vie des disques dans les jeunes clusters. Les lettres du journal astrophysique, 553 (2), L153.

Walsh, K.J., Morbidelli, A., Raymond, S.N., O'Brien, D.P. et Mandell, A.M. (2011). Une faible masse pour Mars due à la première migration gazeuse de Jupiter. Nature, 475 (7355), 206-209.

Liu, S.F., Hori, Y., Müller, S., Zheng, X., Helled, R., Lin, D., & Isella, A. (2019). La formation du noyau dilué de Jupiter par un impact géant. Nature, 572(7769), 355-357.

Guillot, T. (2019). Signes que Jupiter a été mélangé par un impact géant.

avec les articles d'accompagnement :

Mur, M. (2017). Plus d'étrangeté de Jupiter : la planète géante peut avoir un noyau énorme et « flou ». (espace.com)

Weitering, H. (2018). « Totalement faux » sur Jupiter : ce que les scientifiques ont glané de la mission Juno de la NASA. (espace.com)

(2019). Un impact de déformation du noyau dans le passé de Jupiter ? (Astronomie maintenant)

Un article cité dans les versions précédentes de cette question mais qui s'est avéré incompatible avec la théorie de Grand Tack :

Pirani, S., Johansen, A., Bitsch, B., Mustill, A.J., & Turrini, D. (2019). Conséquences de la migration planétaire sur les corps mineurs du système solaire primitif. Astronomie et astrophysique, 623, A169.

avec article d'accompagnement :

Le voyage inconnu de Jupiter révélé


Je pense que cette question pourrait déclencher davantage une discussion ouverte qu'une réponse définitive, mais laissez-moi essayer mon point de vue.

tout d'abord,

Est-il plus probable que l'un d'eux soit entré en collision avec Jupiter lui-même à l'angle frontal nécessaire à la collision de déformation du noyau ?

Pour entrer en collision, une configuration co-orbitale est plus favorable qu'une rencontre de croisement d'orbite à haute excentricité (comme on le voit dans Liu et al., étendu fig. 2), mais leurs « angles élevés » ne quantifient pas correctement les excentricités élevées. . En effet, dans leurs simulations, tous les planétésimaux sont initialisés sur des orbites circulaires, avec des distances initiales de 5 à 10 rayons de Hill mutuels (leur paramètre k). La raison pour laquelle je pense qu'ils n'ont pas correctement comparé les pommes avec les pommes, c'est parce qu'une planète excentrique aurait généralement plus d'énergie cinétique que ce qui était autorisé dans leurs simulations, réduisant ainsi la section efficace de collision.
Cela conduirait à des taux d'impact considérablement réduits à des angles élevés, par rapport aux données qu'ils montrent. De plus, dans le scénario de diffusion précoce que vous proposez, la plupart des planétésimaux auraient une masse trop faible pour déclencher le mélange du noyau.

La masse requise pour les impacteurs est, je pense, le point majeur pour lequel les deux scénarios ne sont pas compatibles. Les conditions initiales des scénarios d'impact sont celles de 5 densément emballé 10 $m_{ m oplus}$ planètes, dont l'une subit une accrétion de gaz incontrôlable et devient Jupiter. On explique que ces conditions surviennent en raison de la croissance oligarchique. Pour les 5 planètes, cela signifie que 50 $m_{ m oplus}$ sont emballés dans une région de taille 5 AU. C'est déjà 1/3 de la masse médiane d'un disque de classe 0, et cela nécessite une efficacité élevée de 100 % lors de la conversion des cailloux en planétésimaux en planètes.
Voir ces chiffres me laisse fortement douter du réalisme des conditions initiales.

Concernant l'autre partie de votre question,

L'échelle de temps de quelques millions d'années est assez vague. Quelqu'un connaît-il des détails supplémentaires qui pourraient suggérer que l'impact s'est produit avant la période de Grand Tack ?

Les quelques millions d'années proviennent d'une certaine quantité de refroidissement et de compactification qui est nécessaire pour que l'impact mélange avec succès l'enveloppe de Jupiter. Par conséquent, l'impact n'aurait pas dû se produire avant le Grand Tack.

Pris ces deux choses ensemble, l'exigence de refroidissement et la masse/compactité des conditions initiales nécessaires, je ne pense pas que les deux scénarios soient compatibles.


Voir la vidéo: Cours Statistique - Test dHypothèse (Janvier 2022).