Планети можуть формуватися у бінарних системах не розчавившись

Астрономи розробили найбільш реалістичну на сьогодні модель утворення планет у бінарних зоряних системах.

Про це розповідають у Кембриджському університеті.

Дослідники з Кембриджа та Інституту позаземної фізики Макса Планка показали, як екзопланети у бінарних зоряних системах — схожі на планету "Татуїн" із “Зоряних воєн”, виявлені космічним телескопом НАСА “Кеплер” (наприклад), — з′явилися, не руйнуючись у своєму хаотичному середовищі народження.

Вони вивчили тип бінарної системи, в якій менша зірка-компаньйон обертається навколо більшої батьківської зірки приблизно раз на 100 років — прикладом такої системи є наша найближча сусідка Альфа Центавра.

"Така система була б еквівалентом другого Сонця на місці знаходження Урану, що зробило б нашу Сонячну систему зовсім іншою", - сказав співавтор роботи доктор Роман Рафіков з кафедри прикладної математики та теоретичної фізики Кембриджа.

Рафіков та його співавтор доктор Кедрон Сілсбі з Інституту Макса Планка виявили, що для формування планет у цих системах планетезималі — будівельні блоки для планет, які обертаються навколо молодої зірки, — повинні починати щонайменше з 10 кілометрів у діаметрі, а диск з пилу, льоду і газу, що оточує зірку, всередині якої утворюються планети, повинен бути відносно круглим.

Дослідження, опубліковане у журналі "Astronomy and Astrophysics", виводить дослідження формування планет у бінарах на новий рівень реалізму та пояснює, як могли утворитися такі планети, деяке число з яких вже виявлене.

Як утворюються планети?

Вважається, що утворення планет починається на протопланетному диску, який складається в основному з водню, гелію та крихітних частинок льоду та пилу, що обертається навколо молодої зірки. Згідно з поточною провідною теорією про те, як утворюються планети, відомій як акреція ядра, частинки пилу прилипають одна до одної, з часом утворюючи все більші та більші тверді тіла. Якщо процес зупиниться рано, результатом може стати кам′яниста планета, схожа на Землю. Якщо планета стає більшою за Землю, то її гравітації достатньо для захоплення великої кількості газу з диска, що призводить до утворення такого газового гіганта, як Юпітер.

"Ця теорія має сенс для планетних систем, утворених навколо однієї зірки, але формування планет у бінарних системах є складнішим, оскільки зірка-компаньйон діє як гігантська яйцезбивалка, що динамічно збуджує протопланетний диск", - сказав Рафіков.

Новини за подібною темою:

		"Габбл" і "Нові горизонти" одночасно націлилися на Уран для подальшого вивчення екзопланет
		Вчені відкрили планету, що обертається навколо найближчої до нашого Сонця поодинокої зорі
		"Вебб" виявив на "пухкій" екзопланеті несподівану асиметрію її атмосфери

“У системі з однією зіркою частинки в диску рухаються з низькою швидкістю, тому вони легко злипаються при зіткненні, що дозволяє їм зростати", - сказав Сілсбі. "Але через гравітаційний “яйцезбивальний” ефект зірки-супутника у бінарній системі тверді частинки зіштовхуються між собою на набагато більшій швидкості. Тож, зіткнувшись, вони руйнують одна одну”.

Звідки у бінарних системах взялися планети?

Багато екзопланет було виявлено у бінарних системах, тож питання в тому, як вони туди потрапили. Деякі астрономи навіть припускають, що, можливо, ці планети плавали в міжзоряному просторі та були затягнуті, наприклад, під дією гравітації бінарної системи.

Рафіков і Сілсбі провели низку симуляцій, щоб допомогти розгадати цю загадку. Вони розробили детальну математичну модель зростання планет у бінарній системі, яка використовує реалістичні фізичні вхідні дані та враховує процеси, на які часто не звертають уваги, такі як гравітаційний вплив газового диска на рух планетезималей усередині нього.

"Відомо, що диск безпосередньо впливає на планетезималі за допомогою газу, діючи як свого роду вітер", - сказав Сілсбі. "Кілька років тому ми зрозуміли, що на додаток до газу, гравітація самого диска різко змінює динаміку планетезималей, в деяких випадках дозволяючи планетам формуватися навіть попри гравітаційні збурення, викликані зоряним супутником".

"Створена нами модель об′єднує цю роботу, як і інші попередні роботи, для перевірки теорій формування планет", - сказав Рафіков.

Їх модель показала, що планети можуть утворюватися у бінарних системах, таких як Альфа Центавра, за умови, що планетезималі починаються з розміру щонайменше 10 кілометрів у діаметрі, а сам протопланетний диск близький до круглої форми, без великих нерівностей. При дотриманні цих умов планетезималі в певних частинах диска в кінцевому підсумку рухаються досить повільно один щодо одного, щоб злипатися, а не руйнувати один одного.

Ці висновки підтверджують, що особливий механізм формування планетезималей, який називається потоковою нестабільністю, є невіддільною частиною процесу формування планет. Ця нестабільність являє собою колективний ефект, що включає багато твердих частинок у присутності газу, який здатний сконцентрувати пилові зерна розміром від гальки до валуна для отримання кількох великих планетезималей, які пережили б більшість зіткнень.

Результати цієї роботи дають важливе уявлення про теорії формування планет навколо бінарних та поодиноких зірок, а також для гідродинамічного моделювання протопланетних дисків у бінарах. У майбутньому модель також можна буде використовувати для пояснення походження планет-”татуїнів” — екзопланет, що обертаються навколо обох компонентів бінара, — близько десятка з них були ідентифіковані космічним телескопом НАСА “Кеплер”.

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.

• Екзопланети
• бінарна система
• планетоутворення