Une étude, dont les résultats intitulés «Self-induced dust traps: overcoming planet formation barriers» sont publiés dans la revue MNRAS, a, pour la première fois, identifié un phénomène physique, la création spontanée de 'pièges à poussières', qui permet de lier entre elles les différentes étapes de la formation des planètes.

Rappelons tout d'abord que «les observations montrent que les planètes, celles de notre Système Solaire ou les exo-planètes, se forment dans des disques protoplanétaires», constitués «de gaz et de grains de poussière»: les grains de poussière, «initialement plus petits qu’un micromètre», doivent s’agréger «pour former des corps de plus en gros jusqu’à l’obtention d’une planète de plusieurs milliers de kilomètres».

Cependant, s'il «est relativement facile de modéliser la création d’agrégats de la taille d’un caillou (de 1 à 10 cm) à partir de poussières, ainsi que la formation d’un cœur planétaire à partir des planétésimaux (blocs rocheux de plusieurs kilomètres)», jusqu'ici, l'étape intermédiaire, «c’est à dire le passage des agrégats aux planétésimaux», restait incomprise, car «la friction du gaz sur les grains provoque leur dérive rapide vers le centre du disque, le vidant théoriquement de tous ses solides» et, en outre, «les collisions à grande vitesse fragmentent les agrégats en une multitude de petits morceaux».

En réalité, «les seuls endroits du disque protoplanétaire où ces problèmes peuvent être résolus sont appelés des 'pièges à poussières': en effet, d'une part, «les agrégats dérivent vers ces zones de haute pression, éloignées du centre du disque, et s’y accumulent, échappant ainsi à la chute sur l’étoile» et d'autre part, comme leur vitesse diminue, ils évitent «par la même occasion la fragmentation».

Alors que, jusqu'ici, «les astronomes pensaient que de tels pièges ne pouvaient exister que dans des conditions très particulières (présentant par exemple une variation importante de densité ou de température, ou même la présence d’une planète déjà existante) et ne leur attribuaient qu’un rôle secondaire», cette étude met en lumière «un mécanisme permettant d’expliquer la croissance des grains, depuis la taille d’une poussière jusqu’à celle d’une planète» à partir «de simulations numériques et de calculs analytiques»: autrement dit, il apparaît «que les pièges à poussières se forment de manière spontanée et ce, quels que soient les disques étudiés».

A la base du mécanisme découvert, il y a «le rôle-clé de la friction de la poussière sur le gaz»: cet effet, appelé rétroaction, qui «était jusqu’à présent ignoré car dans la majorité des situations, il est négligeable», doit être pris en compte «aux fortes concentrations de poussières rencontrées lors de la formation des planètes».

Concrètement, «la rétroaction ralentit le mouvement des grains, leur laissant ainsi le temps pour atteindre une taille suffisante qui leur permet de ne plus ressentir les effets de la dérive vers l’étoile et de se concentrer». De son côté, «le gaz, toujours sous l’effet des frottements avec la poussière, va alors être repoussé vers l’extérieur et va s’accumuler pour former des zones de haute pression: les pièges à poussières».

Ces pièges spontanés vont ensuite «accumuler très efficacement les grains venant des régions extérieures du disque, constituant un anneau très dense de solides, un environnement favorable à la formation de planétésimaux».