Le système solaire externe est peuplé d’une classe particulière d’objets glacés surnommés « bonhommes de neige spatiaux » – des planétésimaux composés de deux sphères jointes. Une nouvelle étude de la Michigan State University propose une explication plausible de leur formation, suggérant qu’elles ne résultent pas de violentes collisions, mais de douces fusions au sein de nuages tourbillonnants de poussière cosmique.
Le mystère des binaires de contact
Au-delà de Neptune, dans l’étendue glaciale de la ceinture de Kuiper, se trouvent des vestiges des premiers jours du système solaire : les planétésimaux. Ces éléments de base glacés se sont probablement formés à l’intérieur de disques rotatifs de poussière et de cailloux en orbite autour du jeune soleil. En 2019, la mission New Horizons de la NASA a fourni les premières vues rapprochées de ces structures en forme de bonhomme de neige, connues sous le nom de binaires de contact. Les estimations suggèrent qu’entre 10 % et 25 % des planétésimaux de cette région pourraient présenter cette configuration à double sphère, mais le mécanisme précis derrière leur création reste insaisissable.
Les théories précédentes ont échoué
Les tentatives antérieures de modélisation de la formation binaire de contact se sont concentrées sur les collisions directes entre planétésimaux. Cependant, ces simulations ont toujours donné des résultats parfaitement sphériques, ne parvenant pas à expliquer les formes de bonhomme de neige observées. Le problème était la simplification des planétésimaux en tant que corps singuliers et grands plutôt que des agrégats de particules plus petites.
Une nouvelle approche : simulation de nuages de particules
Les chercheurs dirigés par Jackson Barnes ont adopté une approche plus intensive en calcul. Au lieu de modéliser les collisions, ils ont simulé les planétésimaux sous la forme de nuages de cailloux individuels reposant les uns sur les autres. Cette méthode leur a permis d’observer le comportement de ces nuages lors de leur rotation et de leur fusion.
Les simulations ont révélé que, dans certaines conditions, les nuages en rotation se diviseraient en deux planétésimaux distincts avant de fusionner. Ces planétésimaux binaires ont ensuite spiralé vers l’intérieur en raison de l’attraction gravitationnelle mutuelle, fusionnant doucement pour former un binaire de contact. Ce modèle crée non seulement des formes sphériques, mais également des planétésimaux plats, en forme de cigare et, surtout, en forme de bonhomme de neige, en fonction de la vitesse des particules et de la force de leurs forces d’imbrication.
Stabilité à long terme et recherches futures
Une fois formées, ces paires faiblement connectées peuvent rester stables pendant des milliards d’années, car les vastes distances dans le système solaire externe minimisent le risque de collisions perturbatrices. Les simulations actuelles suggèrent que les binaires de contact représentent environ 4 % des planétésimaux, un chiffre légèrement inférieur à celui estimé. L’équipe de Barnes estime que l’augmentation de la complexité de leurs simulations, en ajoutant davantage de particules et de plages de tailles, pourrait affiner la précision.
“C’est quelque chose que nous étudions actuellement plus en détail, en particulier en ce qui concerne la création de systèmes triples et leur relation avec la population actuelle de triples reliques observée dans la ceinture de Kuiper.”
La recherche fait également allusion au potentiel de structures encore plus complexes, telles que des systèmes triples planétésimaux, qui pourraient expliquer certains des regroupements observés dans la ceinture de Kuiper. Ce modèle offre une image plus claire de la façon dont ces objets inhabituels se forment et persistent dans les confins lointains de notre système solaire.
