Небесні тіла нашої планетної системи є найближчими космічними сусідами Землі. Ми це добре знаємо: Сонце в центрі; потім планети земної групи Меркурій, Венера, Земля і Марс; а потім пояс астероїдів; за ними йдуть газові гіганти Юпітер і Сатурн; потім крижані гіганти Уран і Нептун; і, нарешті, пояс Койпера з його кометами.
Але як добре ми насправді знаємо свій дім? Попередні теорії припускали, що планети-гіганти утворюються внаслідок зіткнень і поєднань астероїдоподібних небесних тіл, так званих планетезималей, і подальшого накопичення газу протягом мільйонів років. Однак ці моделі не пояснюють ні існування газових гігантів, розташованих далеко від своїх зір, ні формування Урана і Нептуна.
Астрофізики з Мюнхенського університету Людвіга-Максиміліана (Ludwig-Maximilians-Universität München, LMU), кластера ORIGINS і MPS розробили першу в історії модель, яка включає всі потрібні фізичні процеси, що відіграють роль у формуванні планети. Використовуючи цю модель, науковці показали: збурення в кільцеподібних утвореннях протопланетних дисків, так звані субструктури, можуть спровокувати швидке утворення кількох газових гігантів.
Результати дослідження збігаються з останніми спостереженнями та вказують на те, що формування планет-гігантів може відбуватися ефективніше та швидше, ніж досі вважали астрономи. Статтю науковців опублікував журнал Astronomy & Astrophysics.
За допомогою своєї моделі дослідники показали, як частинки пилу міліметрового розміру аеродинамічно накопичуються в турбулентному газовому диску, і як це початкове збурення в диску затримує пил і запобігає його руху в напрямку зорі. Це накопичення робить ріст планет дуже ефективним, оскільки раптово багато «будівельного матеріалу» стає доступним в межах компактної області простору, а також наявні відповідні умови для формування планет.
«Коли планета стає достатньо великою, щоб впливати на газовий диск, це приводить до нового збагачення пилом далі в диску», — пояснює Тіль Бірнстіль (Til Birnstiel), професор теоретичної астрофізики в LMU та учасник кластеру передових досліджень ORIGINS. «Під час цього планета виганяє пил — як вівчарка, що женеться за своїм стадом — у область за межами своєї орбіти».
Процес починається заново, зсередини назовні, і може утворитися ще одна гігантська планета. «Це перший випадок, коли моделювання відстежує процес, за допомогою якого дрібний пил перетворюється на гігантські планети», — зауважив Томмі Чі Хо Лау (Tommy Chi Ho Lau), головний автор дослідження, докторант LMU.
У Сонячній системі газові гіганти розташовані на відстані приблизно від 5 астрономічних одиниць (а. о.) (Юпітер) до 30 а. о. (Нептун) від Сонця. Для порівняння, Земля знаходиться на відстані приблизно 150 мільйонів кілометрів від Сонця, що еквівалентно 1 а. о.
Дослідження показує, що в інших планетних системах збурення може запустити процес на набагато більших відстанях і все одно відбуватися дуже швидко. Останніми роками такі системи часто спостерігали в радіообсерваторії ALMA, яка виявила газові гіганти в молодих дисках на відстані понад 200 а. о. Однак модель також пояснює, чому в Сонячній системі, мабуть, не сформувалися планети після Нептуна: будівельний матеріал просто вичерпався.
Результати дослідження збігаються з поточними спостереженнями молодих планетних систем, які мають яскраво виражені субструктури в своїх дисках. Ці підструктури відіграють вирішальну роль у формуванні планет. Дослідження показує, що формування планет-гігантів і газових гігантів відбувається з більшою ефективністю та швидкістю, ніж передбачалося раніше.
Ці нові ідеї можуть уточнити наше розуміння походження та розвитку планет-гігантів у Сонячній системі та пояснити різноманітність спостережуваних планетних систем.
За інф. з сайту https://phys.org
