Commençons par quelques notions de base et, avant de continuer, il s'agit d'une réponse basée sur des critères.
Réponse courte: 30. (OK, ça sonne fou, mais écoutez-moi). Il s'agit de la limite supérieure, supérieure, gonzo, des bananes pour la définition de la planète et des orbites stables à long terme. Je suis tenté de dire 25 comme limite supérieure simplement parce que 30 semble trop improbable.
L'essentiel du problème est qu'il est peu probable qu'une étoile et un disque protoplanétaire forment le nombre maximum de planètes. La gravité a tendance à s'agglutiner autour des objets plus gros. Les perturbations planétaires et la migration rendent le nombre stable maximum possible improbable, mais avec la chance d'une formation "juste à droite" et d'une capture de planète, j'ai atteint une estimation approximative d'environ 30.
Réponse longue: supposons que nous parlons uniquement d'orbites planétaires stables par la définition d'avoir effacé leur trajectoire orbitale et de ne pas se croiser. Cela élimine toutes les planètes troyennes et n'élimine pas, mais rend les orbites hautement elliptiques problématiques car elles couvrent une plus grande plage orbitale.
Et permet de rejeter tous les grands planétésimaux qui pourraient être de la taille d'une planète et toutes les planètes naines de la taille d'une planète qui traversent les orbites d'autres planètes. Nous ne comptons que les planètes de définition de planète dominant l'orbite.
Permet également d'éliminer tout système binaire ou trinaire, et d'utiliser uniquement des systèmes à une seule étoile, mais l'étoile pourrait avoir des planètes très massives qui sont des étoiles naines brunes limites si vous le souhaitez.
En utilisant notre système solaire comme guide et en citant l'article sur les planétésimaux ci-dessus:
On pense généralement qu'il y a environ 3,8 milliards d'années, après une période connue sous le nom de bombardement lourd tardif, la plupart des planétésimaux du système solaire avaient été soit éjectés du système solaire entièrement, vers des orbites excentriques lointaines telles que le nuage d'Oort, ou était entré en collision avec des objets plus gros en raison des coups de coude réguliers des planètes géantes
Je voudrais également fixer une sorte de limite de temps parce que les jeunes systèmes solaires peuvent avoir des centaines de grands planitesimaux. À environ 700 millions d'années, notre système solaire s'était, pour la plupart, installé dans les 8, peut - être bientôt 9 , planètes qui sont actuellement connues.
Une étoile plus grande a probablement le potentiel de bien plus de 9. Mais s'il faut 700 millions d'années (donner ou prendre) pour qu'un disque protoplanétaire se transforme en planètes avec des orbites stables et semi-permanentes, cela met une limite à la taille de l'étoile.
Une étoile de 40 masses solaires a une durée de vie d'un million d'années environ avant de devenir Supernova. C'est une durée de vie beaucoup trop courte pour que les systèmes planétaires se forment. Même une étoile de 10 masses solaires ne dure que 30 millions d'années environ. Encore une fois, trop court.
Une étoile à 4 masses solaires a une durée de vie environ 30 fois plus courte que notre soleil (en utilisant la règle de puissance 2,5 , que j'ai également vue comme une règle de puissance 3, mais tout cela est assez approximatif. Le point est, une étoile avec 4 masses solaires a moins de 400 millions d'années pour son système planétaire. 5 masses solaires, aussi peu que 200 millions d'années. C'est assez proche de ce que j'appellerais le temps minimum pour qu'un système planétaire soit pertinent, donc je vais aller avec une limite supérieure de masse solaire 4. La notion romantique d'une étoile 20 fois la masse de notre soleil, avec 100 planètes pourrait faire de la bonne science-fiction, mais ce n'est pas réaliste.
Un deuxième facteur à considérer est la masse et la taille du champ de débris planétaires. Notre soleil représente environ 99,8% de la masse du système solaire, laissant 0,2% de la masse du système solaire pour former toutes les planètes et autres choses. Il y avait probablement plus de masse dans le champ de débris à l'origine, dont certains ont été perdus sous forme de planètes voyous, de comètes voyous et d'astéroïdes, de sorte que le champ de débris planétaire d'origine aurait pu être plus élevé, mais pas beaucoup plus élevé. Les objets plus gros peuvent en jeter de plus petits. Le rapport des débris perdus aux débris restants ne devrait pas être si élevé. (si quelqu'un le sait, n'hésitez pas à poster un commentaire).
Le pourcentage de masse le plus élevé dans un système solaire en formation est difficile à calculer et il dépend du moment angulaire total du champ de débris qui s'effondre dans le disque de matière en spirale, mais il est improbable que le% de masse devienne trop élevé. 1% -3% peut être sur la limite supérieure. Si nous partons avec 3% de la masse d'une étoile à 4 masses solaires dans le disque planétaire, cela représente environ 40 000 masses terrestres ou environ 125 masses Jupiter. C'est évidemment approximatif, peut-être trop approximatif, mais cela aide à avoir une idée de la quantité de choses avec lesquelles nous devons travailler.
La taille d'un champ de débris est également importante. Selon cet article , le plus grand champ de débris jamais observé est d'environ 1000 AU de diamètre (500 AU de rayon) avec une masse de champ de débris d'environ 3,1 + = 0,6 masses Jupiter et une étoile centrale peut-être moins massive que notre soleil. Il est difficile de dire si un tel système pourrait former des planètes jusqu'à 500 UA, mais je suis enclin à penser que la planète la plus externe se formerait confortablement à l'intérieur de ce champ de débris, pas au bord observé.
Il convient de souligner que la formation planétaire est un gâchis chaotique. Un jeune disque protoplanétaire, en particulier un disque contenant quelque 125 masses de jupiter, pourrait facilement former plus de 100 objets de la taille d'une planète au début de sa formation, mais il n'en retiendrait pas autant.
Les planètes se perturbent mutuellement et ont besoin d'espace. Vous obtiendriez des collisions comme la collection qui a formé notre Lune et les planètes plus grandes peuvent envoyer des planètes plus petites de n'importe quelle façon. Aucun système ne pouvait garder 100 planètes. C'est trop et ce serait beaucoup trop instable. Il y en aurait beaucoup moins quand une formation presque stable est atteinte.
Jupiter, par exemple, aurait migré vers le soleil lorsque notre système solaire était jeune, ils ont migré vers l'extérieur, appelé migration de type II . La migration de Jupiters est à la fois bonne et mauvaise si vous voulez beaucoup de planètes. On pense que la migration de Jupiter est la raison pour laquelle il n'y a pas de planètes et tant d'espace vide entre Mars et Jupiter et pourquoi Mars est si petit. La migration de Jupiter a peut-être également envoyé Uranus, Neptune sur leurs orbites lointaines actuelles, de sorte que la migration des géants gazeux peut déplacer les planètes, mais elle peut également les chasser complètement d'un système solaire. Plus la géante gazeuse est grande, plus elle peut donner un coup de pied aux petites planètes.
Les planètes très massives sont mauvaises si vous voulez le plus grand nombre de planètes car elles provoquent de plus grandes perturbations et nécessitent le plus grand espace autour d'elles. Avec beaucoup de débris dans un disque planétaire, de très grandes planètes sont susceptibles de se former, donc plus de débris ne sont pas toujours meilleurs. Ce que vous voulez probablement, c'est un disque plus grand et plus étendu, où vous n'obtiendrez pas de planètes super massives, mais suffisamment massives pour pousser de jeunes planètes en formation vers l'extérieur pour créer plus de planètes à de plus grandes distances. Il est peu probable que les planètes se forment à de très grandes distances, mais elles peuvent être projetées par des planètes plus grandes vers des orbites très lointaines. En jetant un certain nombre de planètes naissantes vers l'extérieur au début de la formation, le nombre total de planètes dans un système solaire pourrait augmenter.
Dans quelle mesure les planètes peuvent-elles être proches les unes des autres?
Les planètes n'aiment pas être trop proches les unes des autres. Bien que nous ne puissions pas très bien voir les petites planètes, les observations de Kepler semblent confirmer que les planètes très proches sont rares. Quand ils sont trop proches, il y a une instabilité orbitale. La Terre et Vénus sont les planètes les plus proches par multiples, où la Terre est 1,38 fois plus éloignée du soleil que Vénus. Dans ce court article , un multiple de 1,4 à 1,8 fois la distance entre les planètes est suggéré. Les observations des systèmes exo-solaires trouvent très peu de planètes plus proches de 1,4 fois leur voisin observé le plus proche, donc pour un système entier, un multiple de 1,4 à 1,8 semble à peu près correct en moyenne.
Les planètes autour de petites étoiles, comme Trappiste 1, peuvent être très proches les unes des autres, suffisamment proches pour apparaître à la taille de la lune de leurs voisins les plus proches, mais ces systèmes sont presque entièrement autour de petites étoiles naines rouges avec des orbites très serrées, souvent avec orbite résonance et même avec des planètes en orbite très rapprochées, elles se situent toujours en moyenne à environ 1,4 multiple ou plus. Planètes dans une résonance orbitale 3/2 qui correspond à un multiple de distance de 1,31, et ces résonances dépendent de la force de marée interactive qui n'est possible qu'à des distances proches autour d'étoiles plus petites.
Kepler 36 est une excentrique avec deux planètes très proches avec une résonance orbitale 7: 6, mais construire un système solaire entier à partir de planètes qui se ferment semble extrêmement improbable. Donc, un critère clé de mon estimation est le multiple de 1,4 distance, et c'est probablement conservateur sur un système entier.
À quelle distance les planètes les plus proches peuvent-elles être proches de l'étoile?
La chaleur d'une étoile de 4 masses solaires est un problème pour les planètes très proches. Une étoile à 4 masses solaires, (alors que la luminosité change au cours de sa durée de vie), est plus de 100 fois plus lumineuse que notre soleil, donc la planète rocheuse la plus intérieure devrait probablement commencer à environ 10 fois la distance à laquelle Mercure est éloigné de notre soleil. Beaucoup plus proche que cela et la planète risquerait d'être vaporisée. Donc, pour une étoile à 4 masses solaires, 3 UA pourraient être un bon point de départ. Application du multiple de 1,4 à un point de départ de 3 AU. Un Jupiter chaud pourrait survivre plus près que cela, mais un Jupiter chaud ne pourrait pas se former aussi près, donc cela nécessiterait probablement trop de migration pour notre objectif de nombre le plus élevé de planètes.
Donc, si nous commençons à 3 UA et que nous faisons un multiple de 1,4 distance, alors notre étoile à 4 masses solaires peut avoir jusqu'à 30 planètes sur une orbite inférieure à une année-lumière, et seulement 32 à moins de 2 années-lumière, donc vous ne le faites pas '' t ajouter beaucoup en doublant la distance, au moins, en utilisant le multiple de 1,4.
Une question évidente qui suit pourrait être, eh bien, peut-être que le multiple de 1.4 ne s'applique plus à de plus grandes distances, mais les planètes devraient devenir assez grandes pour effacer efficacement leur orbite et avoir un effet sur les astéroïdes et les comètes proches, comme le fait Neptune. et la planète 9 est supposée, donc à mesure que la distance augmente, vous ne pouvez pas avoir de planètes de taille de mercure et les définir comme des planètes, et à mesure que la distance augmente, l'effet gravitationnel des planètes les uns sur les autres reste cohérent, de sorte que la règle multiple 1.4 devrait toujours appliquer même sur des orbites très éloignées.
Le mercure par exemple, est suffisamment massif pour être une planète où il se trouve, mais s'il était sorti après Neptune, il serait peut-être trop petit pour effacer son orbite. Voici une question qui en discute plus en détail et pose le problème que si Pluton était environ 15-20 fois plus massif, la masse minimale dont il aurait besoin et en supposant qu'il ne traversait pas l'orbite de Neptune, cet objet théorique aurait encore besoin d'un milliard ans pour effacer son orbite et c'est plus de deux fois la durée de vie de notre étoile et la taille minimale nécessaire augmente de plus en plus sur de plus grandes distances.
Donc, si nous allons avec notre proposition d'une année-lumière, un objet en orbite autour d'une étoile de 4 masses solaires à une distance d'une année-lumière a une période orbitale d'environ 8 millions d'années et une vitesse orbitale d'environ 0,23 km / s et il avoir une masse minimale requise pour effacer son orbite d'au moins plusieurs Terres. La planète 9, à titre de comparaison, aurait une période orbitale comprise entre 10 000 et 20 000 ans et une vitesse orbitale de l'ordre de 0,5 à 0,7 km / s et un axe semi-majeur d'environ 600 à 800 UA ou environ 1 / 90e. d'une année-lumière. Ces chiffres sont tous approximatifs et viennent d'être publiés à titre de comparaison. Mais il souligne la difficulté de reconnaître une planète sur une orbite très éloignée.
Et pour qu'une planète soit aussi éloignée, elle devrait être jetée là-bas par une planète plus grande, probablement soumise à une migration de type II ou, peut-être capturée à partir d'une étoile qui passe. Je pense que vous voudriez probablement certains des deux pour maximiser le nombre de planètes. Une étoile avec une très grande planète très éloignée pourrait être efficace pour aider à capturer des planètes et / ou des débris d'étoiles proches qui passent trop près.
Dans les deux cas, la planète projetée très loin ou les planètes capturées auraient initialement une orbite très excentrique et cela prendrait un certain temps pour que de telles planètes se circularisent et vous auriez besoin des orbites pour circulariser, car une poignée d'orbites excentriques ne se met pas '' ne répondent pas aux critères de la planète s’ils traversent d’autres planètes.
Encore une fois, en utilisant notre système solaire comme modèle, les planètes extérieures, Uranus, Neptune et la planète 9 (si elle existe) se seraient toutes formées un peu plus près du soleil que là où elles se trouvent actuellement et ont migré vers l'extérieur, probablement par Jupiter.
Une grande étoile pourrait avoir plus de 100 mercure ou peut-être même des objets de la taille de la Terre sur son orbite, mais pas si près de ceux qui répondraient aux critères de la planète. 30 le pousse.
Une grande étoile capturant des planètes voleuses ou capturant des planètes sur une étoile plus petite est certainement possible. La dynamique du corps rend la capture de la planète possible, mais il y a toujours le problème de l'excentricité et des orbites traversant d'autres orbites ne répondant pas aux critères d'une planète. Si vous rejetez ce critère orbital standard ou une planète, le nombre augmente.
Ainsi, en utilisant les critères d'une grande étoile (4 masses solaires), une planète la plus intérieure (3 AU), la plus extérieure (1 année-lumière - un peu un tronçon), et la distance multiple (1,4 - également probablement sur le côté le plus bas), un 4 étoiles de masse solaire pourraient avoir un maximum de 30 planètes. Si vous utilisez des critères différents, vous obtenez des chiffres différents, mais je pense que c'est une assez bonne référence supérieure, peut-être du côté généreux. Un tel système pourrait avoir beaucoup plus d'objets qui répondent aux critères de la planète naine, certains d'entre eux même ce que nous pensons être de la taille d'une planète, mais répondant aux critères de la planète complète , 30 semble une assez bonne limite supérieure gonzo.
Quelque chose d'intéressant se produit si vous réduisez l'étoile. Si nous faisons l'étoile 2 masses solaires au lieu de 4 et mettons la planète la plus externe à la loi carrée inverse ou 0,707 année-lumière, pas 1 année-lumière. Une planète à 2 masses solaires est environ 12 à 16 fois plus lumineuse que notre soleil et 12 à 16 fois moins lumineuse qu'une étoile à 4 masses solaires, de sorte que la planète la plus externe qui ne se vaporise pas est maintenant d'environ 1 UA, et non de 3 AU. Ainsi, la partie intérieure de la région de la planète est 3 fois plus proche et seulement 1,4 fois plus proche de l'extérieur, donc curieusement une étoile à 2 masses solaires pourrait peut-être contenir plus de planètes que l'étoile à 4 masses solaires. Il n'en capturerait pas autant, en moyenne, mais la limite supérieure monte toujours, en utilisant les mêmes critères à 32 ou 33 pour une étoile à 2 masses solaires et continue de croître à mesure que l'étoile devient plus petite.
En même temps, à mesure que les étoiles deviennent plus petites, la masse d'extrémité supérieure du champ de débris planétaires diminue également et la capacité de capturer des planètes diminue, donc je ne pense pas que les petites étoiles sont de bons candidats pour la plupart des planètes, mais il est intéressant de noter que les petites étoiles avec des disques protoplanétaires plus petits pourrait encore, en moyenne, avoir autant de planètes que leurs plus grands voisins. Lorsque James Webb commencera à jeter un œil, nous obtiendrons peut-être une réponse à ce sujet.
Évidemment, si vous n'aviez aucun critère, et une étoile à quelques millions d'années-lumière de la galaxie ou de l'objet massif le plus proche, vous pourriez concevoir quelque chose avec beaucoup plus de planètes, mais je pense à la formation au sein d'une galaxie et je pense que les deux planètes la capture et le bon ensemble de circonstances pendant la formation joueraient tous deux un rôle dans la maximisation du nombre de planètes. Une étoile éloignée des autres étoiles ne capturerait probablement pas de planètes.
J'espère que ce n'est pas trop construire un monde une réponse ou trop longtemps. J'essaierai de vérifier les fautes de frappe demain. (un peu tard maintenant).