Systèmes planétaires Formation des étoiles
Comment savoir si des étoiles se forment encore actuellement?
Diagramme de Hertzsprung-Russell Couleur-Eclat
Les étoiles de la séquence principaletransforment H en He
Plus les étoiles sont lumineuses, plusleur durée de vie est courte
Elles constituent les étoiles bleues dela séquence principale
Galaxies spirales• Taches bleues ?
Etoiles jeunes
Systèmes planétaires
en formation
Galaxies elliptiques• Couleur rougeâtre
Etoiles vieilles
Pas de systèmes planétaires en formation
Formation d’une proto-étoile
• Nuage de matière interstellaire en équilibreéquilibre• Perturbation de la densité
Rmv
RGMm
2
2
EffondrementEffondrement Cocon entourant une protoétoile en contraction
Retour à l’équilibre
• * Echauffement * dû à la contraction
• * Refroidissement * dû à l’émission IR de H2
A star is bornNouvel équilibre
VisibleVisible Infra-rougeInfra-rouge
Nébuleuse d’OrionNébuleuse d’Orion
Formation d’un disque planétaire• Rotation de la Galaxie Rotation du nuage en contraction
CentrGrav FF presque partout
CentrGrav FF à l’équateur
Formation d’un disque plat et en équilibre en quelques millions d’années
• Conservation du moment angulaire Le nuage tourne de plus en plus vite• La force centrifuge est max à l’équateur
Ceci explique :
Les planètes sont à peu près dans un même planPour le système solaire Plan de l’écliptiqueEcliptique ~ Equateur solaireSens de rotation du Soleil = Sens de révolution des
planètesCollisions et forces de marée Orbites quasi-
circulaires
Champ magnétique
Frein magnétique Transfert de moment
angulaire de l’étoile vers la nébuleuse
Vent stellaire
Refroidissement de la nébuleuse
Condensation
T~1500K éléments réfractaires : Ca, Ti, Al
T<1500K éléments volatils : H2O, NH3, CH4
Différenciation des planètes
Compétition entre• le vent stellaire qui chasse le gaz résiduel de la nébuleuse• le refroidissement qui produit la condensation
Dans la nébuleuse, T diminue lorsque la distance à l’étoile augmente.
La composition chimique dépend de la distance à l’étoile. Près du soleil, il n’y a pas de condensation d’éléments
volatils car T est trop élevé. Le vent solaire l’emporte.
Différenciation des planètes
• Planètes terrestres : Mercure, Vénus, Terre, MarsEléments réfractaires Planètes rocheusesH2O sur Terre ? Comètes !
• Planètes joviennes : Jupiter, Saturne, Uranus, NeptuneEléments réfractaires et volatils Planètes gazeuses
Accrétion1. Collisions de petites particules restant collées par interactions
électrostatiques 1 cm2. Collisions inélastiques Planétésimes de 1 km
3.3. • • Planètes terrestresPlanètes terrestresAccrétion par collisions et par attraction gravifique : Accrétion par collisions et par attraction gravifique : le plus gros planétésime d’une zone donnée accrète tous les autres le plus gros planétésime d’une zone donnée accrète tous les autres pas de satellitespas de satellites
•• Planètes joviennesPlanètes joviennesAccrétion par collisions et par attraction gravifique :Accrétion par collisions et par attraction gravifique :
masse 10 à 20 fois plus élevée grâce aux constituants volatilsmasse 10 à 20 fois plus élevée grâce aux constituants volatils Accrétion gravifique du reste de la nébuleuse Accrétion gravifique du reste de la nébuleuse planètes très planètes très
massives massives Formation de Formation de satellites rocheux satellites rocheux dans le milieu dépourvu dans le milieu dépourvu
d’éléments volatilsd’éléments volatils
Loi de Titius - Bode
Des simulations numériques permettent de Des simulations numériques permettent de retrouver la loi de retrouver la loi de Titius – BodeTitius – Bode : :
DDi i = 0.4 i = 1= 0.4 i = 1
DDii = O.4 + 0.3 = O.4 + 0.3 2 2(i-2)(i-2) i i 2 2
Densité moyenne des planètes
Eléments réfractaires
De plus en plus d’éléments volatils
C CO au lieu de CH4
Structure interne des planètes
Dès que le rayon dépasse quelques centaines de km, Dès que le rayon dépasse quelques centaines de km, les pression élevées et le chauffage provenant des les pression élevées et le chauffage provenant des désintégrations radioactives rendent la matière fluide.désintégrations radioactives rendent la matière fluide. SégrégationSégrégationLes éléments les plus lourds tombent vers le centre, Les éléments les plus lourds tombent vers le centre, Les plus légers remontent en surface. Les plus légers remontent en surface.
Terre …..Terre ….. Noyau : Fe Noyau : Fe Manteau : SilicatesManteau : Silicates
Origine de la Lune
Lune Lune = 3.3 g/cm= 3.3 g/cm33
Terre Terre = 5.2 g/cm= 5.2 g/cm33
Orbite de la Lune Orbite de la Lune EcliptiqueEcliptique
Orbite de la Lune #Orbite de la Lune #Plan équatorial de la TerrePlan équatorial de la Terre
Composition chimique ~Composition chimique ~Manteau – HManteau – H2200
Problèmes ???Problèmes ???
GalileoGalileo
Explication possible
Après la ségrégation chimique de la Terre, Après la ségrégation chimique de la Terre, collision avec un planétésime massifcollision avec un planétésime massif
Ejection de morceaux de lithosphèreEjection de morceaux de lithosphère qui se regroupent pour former la Lunequi se regroupent pour former la Lune
Densité faibleDensité faible Regroupement proche de l’EcliptiqueRegroupement proche de l’Ecliptique Chaleur de l’impact => Disparition des Chaleur de l’impact => Disparition des éléments volatilséléments volatils
Mercure
Mariner 10Mariner 10
Vénus
Mariner 10 1974Mariner 10 1974
La Terre
Galileo 1990Galileo 1990
Mars
HST 1995HST 1995
Astéroïdes
GalileoGalileo
Jupiter
Voyager 1Voyager 1
Les satellites galiléens
Callisto Voyager 2Callisto Voyager 2 Ganymede Voyager 1Ganymede Voyager 1
Les satellites galiléens
Europa Voyager 1Europa Voyager 1 Io Voyager 1Io Voyager 1
Saturne
Uranus
VoyagerVoyager
Neptune
Voyager 2Voyager 2
Pluton
HSTHST
Observations : Hot Jupiters
Planètes géantes Planètes géantes près près de l’étoilede l’étoile Impossible à former Impossible à former in situ in situ carcar trop peu d’éléments volatilstrop peu d’éléments volatils
Hypothèse de la migrationHypothèse de la migration des planètes géantes vers des planètes géantes vers l’étoilel’étoile
La La migrationmigration provient principalement de l’existence de provient principalement de l’existence de couples de torsion entre les zones internes et externes couples de torsion entre les zones internes et externes
de la nébuleuse.de la nébuleuse.
Existence de gaps dans la nébuleuse
Migration vers le centre
La planète trop peu massive pour produire unLa planète trop peu massive pour produire un gap gap dans la nébuleuse dans la nébuleuse Migration vers le centre Migration vers le centre
La planète peut rencontrer une zone suffisammentLa planète peut rencontrer une zone suffisamment dense, y ouvrir un dense, y ouvrir un gap gap et se stabiliseret se stabiliser
La planète est assez massive pour produire unLa planète est assez massive pour produire un gap gap dans la nébuleuse dans la nébuleuse Migration selon le gap Migration selon le gap
Détection des Hot Jupiters
Ces planètes ont été principalement détectées Ces planètes ont été principalement détectées en étudiant la en étudiant la perturbation du mouvementperturbation du mouvementde l’étoile-mère.de l’étoile-mère.
Détection de planètes massivesDétection de planètes massives
Détection de planètes proches de l’étoile-mèreDétection de planètes proches de l’étoile-mère
Existe-t-il des « petites » planètes ailleurs?
Méthode des Méthode des « Transits » « Transits » planétairesplanétaires
On mesure On mesure l’affaiblissement de la lumièrel’affaiblissement de la lumière en provenance en provenancede l’étoile-mère lorsque la petite planète passe devant lede l’étoile-mère lorsque la petite planète passe devant ledisque stellaire.disque stellaire.
Visualisation d’un transit planétaire
Mission spatiale COROT
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