Jupiter est la plus grande planète du système solaire. En termes de masse, Jupiter domine les autres planètes. Si vous deviez rassembler toutes les autres planètes en une seule masse, Jupiter serait toujours 2,5 fois plus massif. Il est difficile de sous-estimer à quel point Jupiter est énorme. Mais comme nous avons découvert des milliers d'exoplanètes au cours des dernières décennies, cela soulève une question intéressante sur la comparaison de Jupiter. Autrement dit, quelle taille peut avoir une planète? La réponse est plus subtile que vous ne le pensez.
La réponse simple est qu'une grande planète est quelque chose de trop petit pour être une étoile. La définition habituelle d'une étoile est qu'elle doit être suffisamment grande pour fusionner l'hydrogène en hélium dans son cœur. Une étoile de séquence principale est une étoile où la chaleur et la pression générées par la fusion sont équilibrées par le poids gravitationnel de l'étoile.
Les étoiles sont principalement constituées d'hydrogène et d'hélium, et il est sûr de supposer que les plus grandes planètes auraient une composition similaire. Le Soleil est composé d'environ 75% d'hydrogène et 24% d'hélium, les 1% restants étant des éléments plus lourds. Jupiter contient environ 71% d'hydrogène, 24% d'hélium et 5% d'autres. Imaginons donc que n'importe quelle grande planète représente 3 parties d'hydrogène pour 1 partie
hélium.
Tant qu’il n’y aura pas de fusion, une grande planète sera dans un état d’équilibre hydrostatique. Cela signifie que le poids de tout ce gaz essayant de s'effondrer sur lui-même est équilibré par la pression du gaz ne voulant pas être pressé. Plus vous avez de masse, plus l'intérieur est serré et plus il fait chaud. Avec une masse suffisante, l'intérieur devient suffisamment chaud pour que l'hydrogène commence à fusionner en hélium. Cette masse critique est d'environ 80 Jupiters. Tout ce qui a plus de masse que ça doit être une étoile.
Mais ce n'est pas la meilleure limite supérieure, car il y a des objets dans l'univers appelés naines brunes. Ces objets ressemblent à des étoiles car ils ne sont pas en équilibre hydrostatique. Leurs intérieurs génèrent de la chaleur comme une étoile, et ils peuvent même fusionner l'hydrogène en deutérium, mais pas en hélium. D'un autre côté, les plus petites naines brunes ont des surfaces fraîches et nuageuses et ressembleraient à une planète. La limite inférieure de masse pour une naine brune est d'environ 13 masses Jupiter.
En termes de masse, 13 masses Jupiter est une bonne limite supérieure. Mais en ce qui concerne les grandes planètes, les plus massives ne sont pas en fait les plus grandes.
Contrairement aux solides, qui ne compressent pas beaucoup sous pression, les gaz peuvent se comprimer de manière significative. Ainsi, lorsque vous ajoutez de la masse à une planète gazeuse, son volume n'augmente pas du même montant. Par exemple, Jupiter est trois fois la masse de Saturne mais est inférieure de 20% en volume. Pour en revenir à notre modèle d'équilibre hydrostatique, les planètes les plus massives sont en fait plus petites que Jupiter.
Il y a quelques années, Jingjing Chen et David Kipping ont étudié la façon dont la taille des planètes peut varier en fonction de leur masse. mondes de type où plus de masse tend à simplement compresser davantage le gaz. Ce point critique est environ la moitié de la masse de Jupiter, donc les plus grandes planètes devraient avoir autour de cette masse. Cela est conforme à l'observation. La plus grande exoplanète confirmée est WASP-17b. Il fait à peu près le double de la taille de Jupiter mais ne possède que 49% de la masse de Jupiter.
Bien sûr, d'autres facteurs entrent en jeu, comme la composition et la température. Les plus grandes exoplanètes connues ont tendance à être des Jupiters chauds en orbite près de leur étoile. Cela signifie qu'ils sont beaucoup plus chauds et moins denses qu'une planète jovienne froide comme Jupiter. Jupiter a également un noyau rocheux dense, ce qui signifie qu'il est plus petit qu'il ne le serait s'il n'était composé que d'hydrogène et d'hélium.
Mais même en tenant compte de ces facteurs, les planètes joviennes sont clairement les planètes les plus grandes et les plus massives qui puissent exister. Jupiter n'est pas la plus grande planète de l'univers, mais c'est l'un des géants.
La source: Prévision probabiliste des masses et des rayons d'autres mondes, par Chen, Jingjing et David Kipping.
