Comment les satellites de Jupiter se sont-ils formés ? La question laissait toujours perplexe les planétologues. Konstantin Batygin et Alessandro Morbidelli proposent un nouveau modèle qui expliquerait comment la planète géante a acquis ses quatre principaux satellites.

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    En dehors de la Lune, les premiers satellites découverts furent les quatre plus gros de JupiterJupiter, identifiés par GaliléeGalilée en 1610. Cependant, leur étude détaillée n'a vraiment commencé que dans les années 1970, avec l'exploration du système jovienjovien par des sondes spatiales, ce qui a permis de constater leur diversité : Io est volcanique, Europe a une croûtecroûte de glace qui surmonterait une couche d'eau liquide, Ganymède possède un champ magnétique et Callisto est criblé d'anciens cratères. Cependant, une question laisse toujours perplexes les planétologues : comment les satellites de Jupiter se sont-ils formés ?

    Dans une nouvelle étude, publiée le 10 mai dernier, dans The Astrophysical Journal, les planétologues Konstantin Batygin et Alessandro Morbidelli, respectivement professeur à Caltech (États-Unis) et chercheur à l'Observatoire de la Côte d'Azur (France), ont étudié la formation des satellites de planètes géantes à l'aide de calculs analytiques et de simulations informatiquessimulations informatiques.

    Lors des premiers millions d'années de la vie du Soleil, ce dernier était entouré d'un disque protoplanétairedisque protoplanétaire composé de gazgaz et de poussières. Jupiter, qui se forma à partir de ce disque, fut entourée par son propre disque, prélude à ses satellites. Ce disque circumjovien était alimenté par de la matièrematière provenant du disque protoplanétaire qui pleuvait sur Jupiter au niveau des pôles de la planète et refluait hors de la sphère d'influence gravitationnelle de Jupiter, le long du plan équatorial de la planète. Cependant, comment ce disque en constante évolution a-t-il accumulé suffisamment de matière pour former des lunes ?

    Le nouveau modèle de Batygin et Morbidelli résout ce problème en intégrant la physiquephysique des interactions entre la poussière et le gaz dans le disque circumjovien. En particulier, les chercheurs démontrent que, pour les grains de poussière glacés d'une gamme de tailles spécifiques, la force les entraînant vers Jupiter et celle les transportant dans le flux de gaz allant vers l'extérieur s'annulent parfaitement, permettant au disque d'agir comme un piège à poussières géant. De ce fait, le disque autour de Jupiter serait devenu riche en grains de poussière glacés, chacun d'environ un millimètre. Finalement, cet anneau de poussière serait devenu si massif qu'il se serait effondré sous son propre poids en des milliers de « satellitésimaux », des objets semblables à des astéroïdesastéroïdes glacés d'une centaine de kilomètres de diamètre. Au bout de plusieurs milliers d'années, les satellitésimaux ont formé des satellites, un à la fois.


     Konstantin Batygin explique un nouveau modèle de formation des satellites galiléens. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Caltech

    Migration et résonance

    Selon le modèle, lorsque le premier satellite (IoIo) s'est formé et que sa massemasse a atteint un certain seuil, son influence gravitationnelle a commencé à produire des ondes dans le disque gazeux de matière qui entourait Jupiter. En interagissant avec ces ondes, le satellite a migré vers Jupiter jusqu'à ce qu'il atteigne le bord intérieur du disque circumjovien, près de son orbiteorbite actuelle. Le processus a ensuite recommencé avec le satellite suivant. Ce processus a conduit Io, Europe et GanymèdeGanymède à se retrouver dans une configuration particulière appelée résonancerésonance de Laplace : à chaque fois que Io fait quatre fois le tour de Jupiter, Europe en fait deux fois le tour et Ganymède une fois.

    Finalement, le modèle suggère que le rayonnement solairerayonnement solaire a emporté le gaz restant dans le disque circumjovien, n'y laissant que les satellitésimaux résiduels, qui ont ensuite formé la quatrième et dernière lune majeure, CallistoCallisto. Cependant, sans gaz pour migrer, Callisto n'a pas pu rejoindre les autres satellites en résonance.

    Alessandro Morbidelli explique que ce processus pourrait être général : « Nous avons maintenant des observations du disque autour d'une planète géante extrasolaireextrasolaire, PDS 70 c, et il semble extraordinairement riche en poussières, comme nous l'imaginons pour le disque de Jupiter avant la formation de ses satellites. ». Les prochaines missions d'exploration du système jovien, comme Europa ClipperEuropa Clipper côté NasaNasa ou JuiceJuice côté ESAESA, permettront d'en apprendre plus.