Accrétion planétésimale et accrétion des noyaux
La croissance hiérarchique des blocs de construction planétaires, des grains de poussière aux planétésimaux de taille kilométrique, jusqu'aux protoplanètes et aux noyaux de planètes géantes.
Definition
L'accrétion planétésimale et des noyaux est le processus par lequel la poussière dans un disque protoplanétaire croît hiérarchiquement en planétésimaux, puis en protoplanètes et en noyaux de planètes géantes, par des collisions et l'accrétion gravitationnelle.
Scope
Ce sujet aborde la croissance de la matière solide sur plusieurs ordres de grandeur en taille : l'adhésion et la coagulation de la poussière, le passage encore débattu aux planétésimaux liés gravitationnellement, et l'accrétion focalisée gravitationnellement qui entraîne la croissance par emballement et oligarchique des protoplanètes. Il inclut l'instabilité de streaming et l'accrétion de galets comme mécanismes pour surmonter les barrières de croissance, ainsi que l'assemblage des noyaux d'environ dix masses terrestres requis pour déclencher la formation des géantes gazeuses.
Core questions
- Comment les grains de poussière surmontent-ils les barrières de rebond, de fragmentation et de dérive radiale pour atteindre la taille des planétésimaux ?
- Qu'est-ce qui déclenche la transition de la croissance collisionnelle à l'accrétion par emballement dominée gravitationnellement ?
- À quelle vitesse un noyau de planète géante peut-il atteindre la masse critique pour la capture de gaz avant que le disque ne se disperse ?
- Quand la croissance se fait-elle par accrétion de planétésimaux par rapport à l'accrétion de petits galets ?
Key theories
- Croissance par emballement et oligarchique
- Une fois que les corps sont suffisamment grands pour la focalisation gravitationnelle, les plus grands planétésimaux croissent le plus rapidement dans une phase d'emballement, puis s'installent dans une croissance oligarchique où quelques protoplanètes dominantes accrètent l'essaim environnant à des taux comparables.
- Capture de gaz par un noyau critique
- Un noyau solide qui atteint environ dix masses terrestres ne peut plus maintenir une enveloppe gazeuse statique et subit une accrétion de gaz par emballement, l'étape clé de la théorie de l'accrétion des noyaux pour la formation des planètes géantes.
- Instabilité de streaming
- Le couplage aérodynamique entre les solides et le gaz peut concentrer les galets en filaments denses qui s'effondrent directement en planétésimaux, offrant une voie pour dépasser la barrière de croissance de taille métrique.
Mechanisms
Les petits grains croissent par collisions adhésives jusqu'à ce que la dérive radiale et la fragmentation arrêtent la coagulation ultérieure ; des mécanismes de concentration tels que l'instabilité de streaming assemblent ensuite les planétésimaux, qui croissent par accrétion gravitationnelle mutuelle. La focalisation gravitationnelle fait que les corps les plus grands dominent, et l'accrétion de galets peut rapidement former des noyaux massifs en capturant des solides ralentis aérodynamiquement.
Clinical relevance
L'efficacité et le calendrier de la croissance des solides déterminent si une région d'un disque produit uniquement de petits corps, des planètes terrestres ou des noyaux de géantes gazeuses, et façonnent ainsi l'architecture de l'ensemble du système.
History
La théorie des planétésimaux de Safronov dans les années 1970 a établi le cadre de la croissance hiérarchique. Les calculs de 1996 de Pollack et de ses collaborateurs ont quantifié le scénario de capture de gaz par un noyau critique pour les planètes géantes. Depuis les années 2000, l'instabilité de streaming et l'accrétion de galets ont été développées pour résoudre les barrières de longue date à la croissance suffisamment rapide des planétésimaux et des noyaux massifs.
Debates
- Comment les planétésimaux sont-ils assemblés pour la première fois ?
- La question de savoir si la barrière de taille métrique est franchie principalement par l'instabilité de streaming, par d'autres mécanismes de concentration, ou par une croissance collisionnelle directe fait encore l'objet de recherches actives.
Key figures
- Viktor Safronov
- James Pollack
- Jack Lissauer
- Anders Johansen
Related topics
Seminal works
- safronov1972
- pollack1996
- johansen2014
Frequently asked questions
- Qu'est-ce que la barrière de taille métrique ?
- C'est la difficulté à laquelle sont confrontés les solides d'environ un mètre de taille : ils entrent en collision trop rapidement pour adhérer et dérivent vers l'étoile trop vite, donc la croissance au-delà de cette taille nécessite des mécanismes de concentration spéciaux.
- Pourquoi une planète géante a-t-elle besoin d'un noyau de dix masses terrestres ?
- À environ cette masse, la gravité du noyau ne peut plus retenir une enveloppe gazeuse stable, elle commence donc à accréter rapidement le gaz du disque et se transforme en géante gazeuse.