Comment se forment nos systèmes solaires?
Comme la compression chauffe un gaz, le nuage de gaz et de poussières en rotation a chauffé lorsque le disque protoplanétaire s'est contracté. Cependant, une fois qu'il a arrêté de se contracter, stabilisé par la rotation, il a arrêté de chauffer et s'est refroidi en irradiant de l'énergie vers l'extérieur et l'espace proche du zéro absolu. Finalement, il s'est tellement refroidi qu'un nouveau processus a commencé. De minuscules flocons et grains solides se sont formés à l'intérieur, à l'origine de ce qui allait devenir un système solaire. Au cours de l'accrétion de masse, l'instabilité magnétorotationnelle aurait dû agir, produisant des turbulences. La turbulence magnétisée a dissipé son énergie de manière intermittente, déterminant la structure des régions accrétrices. L'objectif du projet COOKINGDUSTINDISKS (Forming high-temperature solids in protoplanetary disks) était de mettre en lumière cette dissipation d'énergie de la turbulence magnétisée, qui chauffe les disques localement. Dans ce but, les astrophysiciens ont utilisé des modèles numériques haute résolution. Les prévisions des modèles ont montré pour la première fois l'existence de champs magnétiques de cisaillement par rotation différentielle qui, à leur tour, ont créé de petites régions avec des températures supérieures de quelques centaines de Kelvins à celle du gaz environnant. Les variations de température observées étaient suffisamment importantes pour avoir des conséquences sur la formation des minéraux. De tels évènements de réchauffement peuvent jouer un rôle majeur dans la fusion des chondrules, refusionnant des inclusions riches en calcium et aluminium et recuisant des silicates, à savoir les minerais que l'on trouve dans les météorites. Dans leurs travaux visant à simuler les disques protoplanétaires, les astrophysiciens ont commencé par étudier une petite portion du disque pour réduire les coûts en termes de calcul. Cependant, des simulations magnétohydrodynamiques (MHD) globales des disques protoplanétaires ont ensuite été effectuées et ont révélé des structures de champs magnétiques surprenantes. Une structure de feuille de courant qualitativement différente a été observée sur une région largement non-turbulente régie par des processus capturés par le modèle local généralisé. Les connaissances obtenues grâce au travail sur le rôle des champs magnétiques dans les disques protoplanétaires ont ensuite été utilisées pour étudier l'instabilité des ondes de Rossby. Cette instabilité peut se développer au cours de la transition de régions pauvrement ionisées vers des zones magnétisées des disques protoplanétaires et contribuer à la formation des planètes. Des simulations MHD en 3D ont montré comment se forment, sous des conditions particulières, de grands vortex capables de piéger la poussière et de la concentrer pour donner corps à des planétésimaux, des comètes et des astéroïdes. Un film compilant les résultats des simulations a été téléchargé ici. Les nombreux résultats importants du projet COOKINGDUSTINDISKS sont décrits dans une série de publications dans des revues à comité de lecture à facteur d'impact élevé. À partir d'observations de disques protoplanétaires similaires à celui qui a donné naissance à notre système solaire, ils ont réussi à améliorer les connaissances sur la manière dont un nuage interstellaire s'est effondré pour former notre système solaire.
Mots‑clés
Système solaire, planètes, comètes, astéroïdes, disque protoplanétaire, COOKINGDUSTINDISKS
