Zespół naukowców opracował nowy model wyjaśniający formowanie się olbrzymich planet, który zapewnia głębszy wgląd w procesy planetotwórcze i może poszerzyć nasze rozumienie układów planetarnych.
Nasz Układ Słoneczny to nasze najbliższe kosmiczne sąsiedztwo. Znamy go dobrze: Słońce w centrum; następnie skaliste planety Merkury, Wenus, Ziemia i Mars; a potem pas planetoid; następnie gazowe olbrzymy Jowisz, Saturn, Uran i Neptun; i wreszcie pas Kuipera z jego kometami. Ale jak dobrze naprawdę znamy nasz dom? Wcześniejsze teorie zakładały, że olbrzymie planety powstają w wyniku zderzeń i akumulacji ciał niebieskich podobnych do planetoid, tak zwanych planetozymali, a następnie akumulacji gazu na przestrzeni milionów lat. Modele te nie wyjaśniają jednak ani istnienia gazowych olbrzymów znajdujących się daleko od swoich gwiazd, ani powstania Urana i Neptuna.
Od ziarenka pyłu do olbrzymiej planety
Astrofizycy z LMU, grupy ORIGINS i Max Planck Institute for Solar System Research (MPS) (w tym Joanna Drążkowska) opracowali pierwszy w historii model uwzględniający wszystkie niezbędne procesy fizyczne, które odgrywają rolę w formowaniu się planet. Korzystając z tego modelu, wykazali, że zaburzenia pierścieniowe w dyskach protoplanetarnych, tak zwane podstruktury, mogą wywołać szybkie formowanie się wielu gazowych olbrzymów. Wyniki badań są zgodne z najnowszymi obserwacjami i wskazują, że formowanie się planet olbrzymów może przebiegać sprawniej i szybciej niż wcześniej sądzono.
Dzięki swojemu modelowi naukowcy pokazują, jak cząstki pyłu o wielkości milimetra gromadzą się aerodynamicznie w turbulentnym dysku gazowym i jak te początkowe zaburzenia w dysku zatrzymują pył i zapobiegają jego znikaniu w kierunku gwiazdy. Ta akumulacja sprawia, że wzrost planet jest bardzo wydajny, ponieważ nagle na niewielkim obszarze dostępne jest dużo „materiału budowlanego” i istnieją odpowiednie warunki do formowania się planet.
Kiedy planeta staje się wystarczająco duża, aby wpłynąć na dysk gazowy, prowadzi to do ponownego wzbogacenia pyłu dalej w dysku – powiedział Til Birnstiel, profesor astrofizyki teoretycznej na LMU i członek ORIGINS Cluster of Excellence. W tym procesie planeta wypycha pył do obszaru poza swoją orbitę. Proces rozpoczyna się od nowa, od wewnątrz na zewnątrz, i może powstać kolejna olbrzymia planeta. To pierwszy raz, kiedy symulacja prześledziła proces, w którym drobny pył przekształca się w olbrzymie planety – powiedział Tommy Chi Ho Lau, główny autor badań i doktorant na LMU.
Różnorodność gazowych olbrzymów w naszym i innych układach planetarnych
W naszym Układzie Słonecznym gazowe olbrzymy znajdują się w odległości od około 5 jednostek astronomicznych (j.a.) (Jowisz) do 30 j.a. (Neptun) od Słońca. Dla porównania, Ziemia znajduje się około 150 milionów km od Słońca, co odpowiada 1 j.a.
Badania pokazują, że w innych układach planetarnych zaburzenie mogłoby uruchomić proces w znacznie większych odległościach i nadal zachodzić bardzo szybko. Takie układy były często obserwowane w ostatnich latach przez anteny ALMA, które znalazły gazowe olbrzymy w młodych dyskach w odległości ponad 200 j.a. Jednak model ten wyjaśnia również, dlaczego nasz Układ Słoneczny najwyraźniej przestał tworzyć dodatkowe planety po Neptunie: materiał budulcowy został po prostu zużyty.
Wyniki badań są zgodne z obecnymi obserwacjami młodych układów planetarnych, które mają wyraźne podstruktury w swoich dyskach. Podstruktury te odgrywają decydującą rolę w formowaniu się planet. Badania wykazują, że formowanie się planet olbrzymów i gazowych olbrzymów przebiega z większą wydajnością i szybkością niż wcześniej zakładano. Te nowe spostrzeżenia mogą udoskonalić nasze rozumienie pochodzenia i rozwoju planet olbrzymów w naszym Układzie Słonecznym oraz wyjawić różnorodność obserwowanych układów planetarnych.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
LMU