Астрофізики побудували модель, яка пояснює швидке формування планет

Дослідники розробили нову модель, яка пояснює формування планет-гігантів, таких як Юпітер, Сатурн, Уран і Нептун. Модель дає глибше розуміння процесів формування планет і може розширити розуміння нами планетних систем.

Про це розповідають в Excellence Cluster ORIGINS, передають OstanniPodii.com.

Наша Сонячна система — це наше безпосереднє космічне оточення. Ми добре знаємо її: в центрі знаходиться Сонце, потім кам'янисті планети Меркурій, Венера, Земля та Марс, пояс астероїдів, за ним газові гіганти Юпітер і Сатурн, потім крижані гіганти Уран і Нептун і, нарешті, пояс Койпера з його кометами. Але наскільки добре ми знаємо наш дім?

Попередні теорії припускали, що гігантські планети утворюються внаслідок зіткнень і скупчень астероїдоподібних небесних тіл, так званих планетезималей, і подальшої акреції газу упродовж мільйонів років. Однак ці моделі не пояснюють ані існування газових гігантів, розташованих далеко від своїх зірок, ані формування Урана й Нептуна.

Від пилинки до гігантської планети

Астрофізики з Мюнхенського університету імені Людвига й Максиміліана (LMU), Кластера ORIGINS та Інституту Макса Планка з дослідження Сонячної системи (MPS)  розробили першу в історії модель, яка включає всі необхідні фізичні процеси, що відіграють роль у формуванні планет.

Використовуючи цю модель, вони показали, що кільцеві збурення в протопланетних дисках, так звані субструктури, можуть спровокувати швидке формування кількох газових гігантів. Результати дослідження узгоджуються з останніми спостереженнями та вказують на те, що формування планет-гігантів може відбуватися більш ефективно й швидко, ніж вважалося раніше.

За допомогою своєї моделі дослідники демонструють, як частинки пилу міліметрового розміру аеродинамічно накопичуються в турбулентному газовому диску, і як це початкове збурення в диску вловлює пил і не дає йому зникнути в напрямку зорі. Таке накопичення робить ріст планет дуже ефективним, оскільки раптово з'являється багато “будівельного матеріалу” в межах компактної області й відповідні умови для формування планети.

Новини за подібною темою:

		Астрономи виявили планетну карусель
		«Вебб» виявив екзопланету малої маси біля недалекої зорі
		Карликова планета вказує, що простір на краю Сонячної системи може бути не порожнім

“Коли планета стає достатньо великою, щоб впливати на газовий диск, це призводить до відновлення збагачення пилу далі в диску”, - пояснює Тіль Бірнстіл, професор теоретичної астрофізики в LMU та член Кластера ORIGINS. “В процесі планета витісняє пил — як вівчарка, що женеться за стадом, — в область за межами власної орбіти”. Процес починається заново, зсередини назовні, і може утворитися ще одна гігантська планета.

“Це перший раз, коли симуляція простежила процес, за допомогою якого дрібний пил перетворюється на гігантські планети”, - зазначає Томмі Чі Хо Лау, провідний автор дослідження й докторант LMU.

Різноманітність газових гігантів у нашій та інших системах

У нашій Сонячній системі газові гіганти розташовані на відстані від 5 астрономічних одиниць (а.о.) (Юпітер) до 30 а.о. (Нептун) від Сонця. Для порівняння, Земля знаходиться на відстані близько 150 мільйонів кілометрів від Сонця, що еквівалентно 1 а.о.

Дослідження показує, що в інших планетних системах збурення може запустити процес на значно більших відстанях і при цьому відбуватися дуже швидко. Такі системи часто спостерігалися в останні роки радіообсерваторією ALMA (Атакамська велика решітка міліметрового діапазону), яка знаходила газові гіганти в молодих дисках на відстані понад 200 а.о. Однак модель також пояснює, чому наша Сонячна система, очевидно, перестала утворювати додаткові планети після Нептуна: будівельний матеріал просто вичерпався.

Результати дослідження узгоджуються з сучасними спостереженнями молодих планетних систем, які мають яскраво виражені субструктури в своїх дисках. Ці субструктури відіграють вирішальну роль у формуванні планет. Дослідження вказує на те, що формування планет-гігантів і газових гігантів відбувається з більшою ефективністю та швидкістю, ніж передбачалося раніше.

Як зазначають дослідники, ці нові дані можуть уточнити наше розуміння походження й розвитку планет-гігантів у Сонячній системі та пояснити різноманітність спостережуваних планетних систем.

Дослідження було опубліковане в журналі Astronomy & Astrophysics.

• Екзопланети
• Сонячна система