Екзопланети-газові гіганти утворилися раніше, ніж вважається - говорить дослідження

Свіжий погляд на минулі дані показує, що екзопланети з Юпітеро-подібною масою сформувалися набагато раніше, ніж пропонують наявні моделі планетоутворення.

Про це розповідають в Університеті штату Огайо, передають OstanniPodii.com.

Результати дослідження надають нову інформацію про час акреції -- процесу накопичення великої кількості газу, а також твердих частинок, багатих на вуглець і кисень, для створення великих планет, таких як Юпітер.

Планети формуються з протопланетних дисків -- хмар пилу й газу, які є ідеальними інгредієнтами для формування планет. Це нове дослідження припускає, що акреція відбувається на ранніх стадіях, коли диски масивні й набагато молодші, ніж дослідники вважали раніше.

Хоча кількість нових підтверджених екзопланет продовжує зростати, походження цих світів і фактори, що впливають на їх формування, все ще залишаються загадкою, яку вчені прагнуть розгадати. Наприклад, спочатку вважалося, що Юпітеро-подібним екзопланетам для повного формування потрібно від 3 до 5 мільйонів років; останні спостереження показують, що для такого газового гіганта, як Юпітер, цей процес, швидше за все, триває від 1 до 2 мільйонів років.

Це відкриття кидає виклик наявним теоріям щодо того, в якому "віці" протопланетних дисків були сформовані ці планети, говорить Цзі Ванг, автор дослідження й доцент кафедри астрономії в Університеті штату Огайо. Результати дослідження можуть спонукати вчених до переоцінки та перегляду своїх теорій формування планет у Сонячній системі та в інших місцях.

"Все, що ми знаємо про екзопланети, можна помістити в контекст Сонячної системи та навпаки", - каже Ванг. "Зазвичай формування планет відбувається за висхідною схемою, тобто починається з малих об′єктів, які накопичують на себе, щоб сформувати більшу планету, але цей шлях займає багато часу".

Хоча екзопланети належать до планетних об′єктів, які обертаються далеко за межами нашої Сонячної системи, розуміння того, як вони утворюються, може допомогти астрономам краще зрозуміти еволюцію Сонячної системи та ранньої Землі, формування якої відбулося набагато пізніше, ніж Юпітера, але все ж таки зазнало значного впливу від нього.

Інтерпретація формування планет "знизу вгору" називається "теорією акреції ядра", але інший можливий механізм утворення -- це коли планети формуються через гравітаційну нестабільність, коли згустки в диску навколо зорі стають надто масивними, щоб підтримувати себе, і колапсують, утворюючи планети. За словами Ванга, оскільки історія акреції планети може бути тісно пов′язана з цими двома переконливими, але такими, що взаємодоповнюються, формувальними механізмами еволюції, важливо визначити, який процес відбувається частіше.

Дослідження було нещодавно опубліковане в The Astrophysical Journal.

У дослідженні проаналізовано вибірку із семи екзопланет-газових гігантів, зоряні та планетарні хімічні властивості яких вже були безпосередньо виміряні попередніми дослідженнями. Їх порівняли з даними про газових гігантів нашої Сонячної системи -- Юпітера й Сатурна.

Ванг показав, що раннє формування цих екзопланет узгоджується з останніми даними про те, що Юпітер сформувався набагато раніше, ніж вважалося раніше. Цей висновок ґрунтується на напрочуд великій кількості твердих речовин, які накопичили ці екзопланети.

Всі матеріали, що накопичуються на планеті на початку її формування, підвищують металічність її атмосфери, і, спостерігаючи за слідами, які вони залишають, дослідники можуть виміряти кількість твердих частинок, які колись зібрала планета.

Чим вища металічність, тим більше твердих речовин і металів -- всього, що в періодичній таблиці є масивнішим за водень і гелій -- вчені можуть припустити, що було накопичено в процесі формування, каже Ванг.

"Ми можемо зробити висновок, що в середньому кожна з п′яти відібраних планет накопичила тверді речовини, еквівалентні 50 масам Землі", - каже він. "Таку велику кількість твердих речовин можна знайти лише тоді, коли система молодша за 2 мільйони років, але в нашій Сонячній системі загальна кількість наявних твердих речовин становить лише від 30 до 50 мас Землі".

Ці нові дані означають, що будівельні блоки, з яких утворилися екзопланети, були доступні на більш ранній стадії еволюції протопланетного диска, ніж передбачалося раніше, та їхня доступність значно зменшилася протягом мільйонів років. Оскільки вчені зазвичай не очікують знайти докази того, що планети утворилися так рано, це відкриття, яке, ймовірно, буде важко узгодити з наявними теоріями, каже Ванг.

"Ці екзопланети утворилися так рано, що на них все ще були доступні великі запаси металів", - сказав Ванг. "Це те, до чого наукова спільнота не була повністю готова, тому тепер їм доведеться вигадувати нові теорії, щоб пояснити це".

Оскільки газові гіганти втягують в себе величезну кількість речовини під час акреції, їхнє формування та міграція через космос також впливає на розвиток кам′янистих планет в інших частинах протопланетного диска. Вважається, що в Сонячній системі це явище призвело до того, що Юпітер і Сатурн витіснили Меркурій з його первісної орбіти, а Марс став набагато меншим за Землю чи Венеру.

З усім тим, щоб допомогти астрономам, які прагнуть зробити подібний аналіз формування планет у майбутньому, робота також надає статистичну основу для виведення загальної маси твердої акреції для будь-якої іншої екзопланети, яка, як зазначається в дослідженні, може стати ідеальним інструментом для дослідження інших видів складних елементарних даних.

І хоча це дослідження спиралося виключно на архівні дані, Ванг очікує, що його робота буде доповнена новими даними з високою роздільною здатністю, зібраними за допомогою більш досконалих інструментів, таких як потужні наземні астрономічні обсерваторії або технології наступного покоління, такі як космічний телескоп Джеймса Вебба.

"Розширюючи цю роботу на більшу вибірку екзопланет, ми сподіваємося, що тенденція, виявлена в цій статті, збережеться", - зазначив Ванг.

• Екзопланети
• планетоутворення