Uus teooria planeetide moodustumise kohta leiab stabiilsuse paradiisid noore tähe ümbritseva keeriseva gaasi vägivaldse turbulentsi keskel. Nendes kaitsealades saavad planeedid tekkida ilma hävimiseta. Teooria avaldatakse ajakirja Icarus veebruarinumbris.
„See on veel üks viis planeedi alustamiseks. See abiellub planeedi moodustumise kahe peamise teooriaga, “ütles Indiana ülikooli Bloomingtoni astronoomiaprofessor ja selle osakonna juhataja Richard Durisen. Durisen on liider arvutite kasutamisel planeedi moodustumise modelleerimisel.
Kui tema simulatsioone jälgitakse arvutimonitoril, on seda lihtne ette kujutada, vaadates tähtedevahelises ruumis vaatepunkti ja vaadates, kuidas protsess tegelikult toimub.
Kesktähe ümber keerleb roheline gaasiketas. Lõpuks hakkavad ketta sees ilmuma kollased spiraalharud, mis näitavad piirkondi, kus gaas muutub tihedamaks. Siis ilmuvad paar punast plekki, alguses vaid vihjeid, kuid siis järk-järgult stabiilsemaks. Need punased piirkonnad on veelgi tihedamad, näidates, kuhu kogunevad gaasimassid, mis võivad hiljem muutuda planeetideks.
Turbulentsed gaasid ja pöörduvad kettad on hüdrodünaamikat ja arvutigraafikat kasutavad matemaatilised konstruktsioonid. Arvutimonitor kuvab teadlaste arvutuste tulemusi värviliste animatsioonidena.
"Need on gaasi- ja tolmukettad, mida astronoomid näevad enamiku noorte tähtede ümber, millest planeedid moodustavad," selgitas Durisen. „Nad on nagu tähe ümber tiirlev hiiglaslik mullivann. Sellisest kettast moodustus meie enda päikesesüsteem. ”
Teadlased teavad nüüd enam kui 130 planeeti teiste tähtede ümber ja peaaegu kõik neist on vähemalt sama massiivsed kui Jupiter. "Gaasi hiiglaslikud planeedid on tavalisemad, kui me isegi 10 aastat tagasi võisime arvata," ütles ta. "Loodus on nende planeetide tegemiseks üsna hea."
Planeetide moodustamise mõistmise võti on Duriseni sõnul nähtus, mida nimetatakse gravitatsiooniliseks ebastabiilsuseks. Teadlased on pikka aega mõelnud, et kui tähtede ümber olevad gaasikettad on piisavalt massiivsed ja piisavalt külmad, juhtub selline ebastabiilsus, mis võimaldab ketta raskusel ületada gaasirõhku ja põhjustada ketta osade kokkutõmbumist ja moodustada tihedaid tükke, mis võivad muutuda planeetideks.
Gravitatsiooniliselt ebastabiilne ketas on aga vägivaldne keskkond. Koostoimed teiste ketta materjalide ja muude klompidega võivad potentsiaalse planeedi visata kesktähte või rebida selle täielikult laiali. Kui planeedid peavad moodustuma ebastabiilses ketas, vajavad nad rohkem kaitstud keskkonda ja Durisen arvab, et ta on selle leidnud.
Tema simulatsioonide kulgedes moodustuvad ebastabiilse piirkonna servas kettale gaasirõngad ja need muutuvad tihedamaks. Kui ringis kogunevad tahked osakesed rändavad kiiresti ringi keskele, võib planeedi tuum moodustuda palju kiiremini.
Ajafaktor on oluline. Suur väljakutse, millega Durisen ja teised teoreetikud silmitsi seisavad, on astronoomide hiljutine avastus, et hiiglaslikud gaasiplaneedid nagu Jupiter moodustuvad astronoomiliste standardite järgi üsna kiiresti. Nad peavad - muidu läheb vajaminev gaas ära.
"Astronoomid teavad nüüd, et noorte tähtede ümber asuvad massilised gaasikettad kipuvad mõne miljoni aasta jooksul kaduma," ütles Durisen. „Nii on see võimalus teha gaasirikkaid planeete. Jupiter ja Saturn ning teiste tähtede ümber ühised planeedid on kõik gaasihiiglased ja need planeedid tuleb teha selle mõne miljoni-aastase akna ajal, kui ümberringi on veel märkimisväärne kogus gaasiketast. "
See kiirusevajadus tekitab probleeme kõigi planeetide moodustamisega rahulikult lähenevate teooriate puhul, näiteks tuumakorpuse teooria, mis oli hiljuti standardmudel.
"Põhiprotsessiteoorias alustatakse gaasi hiiglaslike planeetide moodustumist protsessiga, mis sarnaneb sellele, kuidas sellised planeedid nagu Maa kogunevad," selgitas Durisen. „Tahked objektid löövad üksteisega kokku ja kleepuvad kokku ning kasvavad suuruseks. Kui tahke objekt kasvab Maa massist umbes kümme korda suuremaks ja seal on ka gaasi, muutub see piisavalt massiliseks, et gravitatsiooni abil haarata palju gaasi. Kui see juhtub, saate gaasi hiiglasliku planeedi kiire kasvu. ”
Probleem on selles, et kindla tuuma moodustamiseks kulub kaua aega - kuskil umbes 10 miljonit kuni 100 miljonit aastat. Teooria võib töötada Jupiteri ja Saturni jaoks, kuid mitte kümnete teiste tähtede ümber ümbritsevate planeetide jaoks. Paljudel neist teistest planeetidest on mitu korda suurem Jupiteri mass ja tuumade järgi on väga raske selliseid tohutuid planeete teha.
Teooria, et gravitatsiooniline ebastabiilsus iseenesest võib moodustada gaasi hiiglaslikke planeete, pakuti esmakordselt välja rohkem kui 50 aastat tagasi. See on hiljuti taaselustatud põhiprotsesside teooriaga seotud probleemide tõttu. Idee, et tohutud gaasimassid varisevad äkitselt gravitatsiooni mõjul tihedaks objektiks, võib-olla vaid mõne orbiidi jooksul, sobib kindlasti olemasoleva ajaraamiga, kuid sellel on mõned oma probleemid.
Gravitatsioonilise ebastabiilsuse teooria kohaselt moodustuvad spiraalharud gaasiketas ja lagunevad seejärel klompideks, mis asuvad erinevatel orbiitidel. Need tükid jäävad ellu ja kasvavad suuremaks, kuni nende ümber tekivad planeedid. Durisen näeb neid tükke oma simulatsioonides - kuid need ei kesta kaua.
"Klombid lendavad ümber, lõikavad välja ja moodustuvad uuesti ning hävitatakse ikka ja jälle," ütles ta. “Kui gravitatsiooniline ebastabiilsus on piisavalt tugev, puruneb spiraalvars klompideks. Küsimus on selles, mis nendega juhtub? ”
Töö kaasautoriteks on RÜ doktorant Kai Cai ja kaks Duriseni endist üliõpilast: Annie C. Mejia, Washingtoni ülikooli astronoomiaosakonna järeldoktorikaaslane; ja Megan K. Pickett, füüsika ja astronoomia dotsent, Purdue University Calumet.
Algne allikas: Indiana ülikooli pressiteade
