O nouă teorie a modului în care se formează planetele găsește refugii de stabilitate pe fondul turbulenței violente în gazul turbulenț care înconjoară o stea tânără. Aceste arii protejate sunt locul în care planetele pot începe să se formeze fără a fi distruse. Teoria va fi publicată în numărul din februarie al revistei Icarus.
„Acesta este un alt mod de a începe o planetă. Se căsătorește cu cele două teorii principale ale formării planetei ”, a declarat Richard Durisen, profesor de astronomie și președinte al departamentului de la Indiana University Bloomington. Durisen este un lider în utilizarea calculatoarelor pentru modelarea formării planetei.
Vizionându-i simulările rulate pe un monitor de calculator, este ușor să-ți imaginezi privind cu ochiul în jos într-un spațiu interstelar și urmărind procesul care se întâmplă de fapt.
Un disc verde de gaz se învârte în jurul unei stele centrale. În cele din urmă, brațele spiralate de galben încep să apară pe disc, ceea ce indică regiunile în care gazul devine din ce în ce mai dens. Apoi apar câteva roșii de roșu, la început doar indicii, dar apoi treptat mai stabile. Aceste regiuni roșii sunt și mai dense, arătând unde se acumulează mase de gaz care ar putea deveni mai târziu planete.
Gazele turbulente și discurile turbinante sunt construcții matematice folosind hidrodinamică și grafică computerizată. Monitorul computerului afișează rezultatele calculelor oamenilor de știință sub formă de animații colorate.
„Acestea sunt discurile de gaz și praf pe care astronomii le văd în jurul celor mai multe stele tinere, din care se formează planetele”, a explicat Durisen. „Sunt ca un jacuzzi uriaș care se învârte în jurul stelei pe orbită. Sistemul nostru solar format dintr-un astfel de disc. "
Oamenii de știință știu acum mai mult de 130 de planete în jurul altor stele și aproape toate sunt cel puțin la fel de masive ca Jupiter. "Planetele gigantului cu gaz sunt mai frecvente decât am fi putut ghici chiar acum 10 ani", a spus el. „Natura este destul de bună la realizarea acestor planete.”
Cheia înțelegerii modului în care sunt fabricate planetele este un fenomen numit instabilități gravitaționale, potrivit Durisen. Oamenii de știință au crezut de mult că dacă discurile de gaz din jurul stelelor sunt destul de masive și suficient de reci, aceste instabilități se întâmplă, permițând gravitației discului să copleșească presiunea gazului și să facă ca părțile discului să se strângă și să formeze aglomerații dense, care ar putea deveni planete.
Cu toate acestea, un disc gravitabil instabil este un mediu violent. Interacțiunile cu alte materiale de disc și alte aglomerații pot arunca o planetă potențială în steaua centrală sau o pot rupe complet. Dacă planetele se vor forma într-un disc instabil, au nevoie de un mediu mai protejat și Durisen crede că a găsit unul.
Pe măsură ce simulările sale rulează, inele de gaz se formează pe disc la o margine a unei regiuni instabile și cresc mai dens. Dacă particulele solide care se acumulează într-un inel migrează rapid spre mijlocul inelului, miezul unei planete s-ar putea forma mult mai rapid.
Factorul timp este important. O provocare majoră cu care se confruntă Durisen și alți teoreticieni este o descoperire recentă a astronomilor că planetele gigantice de gaz, cum ar fi Jupiter, se formează destul de repede conform standardelor astronomice. Trebuie - altfel, gazul de care au nevoie va dispărea.
„Astronomii știu acum că discurile masive de gaz din jurul stelelor tinere tind să dispară pe o perioadă de câteva milioane de ani”, a spus Durisen. „Deci, aceasta este șansa de a face planete bogate în gaze. Jupiter și Saturn și planetele obișnuite în jurul altor stele sunt giganți ai gazelor și aceste planete trebuie făcute în această fereastră de câțiva milioane de ani, când există încă o cantitate substanțială de disc de gaz în jurul valorii. "
Această nevoie de viteză provoacă probleme oricărei teorii cu o abordare îndelungată a formării planetelor, cum ar fi teoria corelării de bază care a fost modelul standard până de curând.
„În teoria nucleelor de bază, formarea de planete gigant cu gaz este demarată printr-un proces similar cu modul în care se acumulează planetele precum Pământul”, a explicat Durisen. „Obiectele solide se lovesc între ele și se lipesc și cresc în dimensiuni. Dacă un obiect solid crește de aproximativ 10 ori mai mult decât masa Pământului și există și gaz în jur, devine suficient de masiv pentru a acoperi o cantitate mare de gaz în funcție de gravitație. Odată ce se va întâmpla, veți obține o creștere rapidă a unei planete gigantice cu gaz. ”
Problema este că este nevoie de mult timp pentru a forma un nucleu solid în acest fel - oriunde de la aproximativ 10 milioane la 100 de milioane de ani. Teoria poate funcționa pentru Jupiter și Saturn, dar nu pentru zeci de planete din jurul altor stele. Multe dintre aceste alte planete au de mai multe ori masa lui Jupiter și este foarte greu să faci astfel de planete enorme prin acreția de bază.
Teoria conform căreia singurele instabilități gravitaționale pot forma planete gigant cu gaze a fost propusă pentru mai mult de 50 de ani în urmă. De curând a fost reînviat din cauza problemelor legate de teoria acumulării de bază. Ideea că mase mari de gaz se prăbușesc brusc prin gravitație pentru a forma un obiect dens, poate doar în câteva orbite, se potrivește cu siguranță cadrului de timp disponibil, dar are unele probleme.
Conform teoriei instabilității gravitaționale, brațele spiralate se formează într-un disc de gaz și apoi se despart în grupuri care sunt pe orbite diferite. Aceste aglomerații supraviețuiesc și cresc mai mult până se formează planete în jurul lor. Durisen vede aceste aglomerații în simulările sale, dar nu durează mult.
„Ciorchinele zboară în jurul și se forfecă și se re-formează și sunt distruse iar și iar”, a spus el. „Dacă instabilitățile gravitaționale sunt suficient de puternice, un braț spiral se va rupe în aglomerații. Întrebarea este: ce se întâmplă cu ei? ”
Co-autori ai lucrării sunt studentul de doctorat din IU Kai Cai și doi dintre foștii studenți ai lui Durisen: Annie C. Mejia, colegă postdoctorală la Departamentul de Astronomie, Universitatea din Washington; și Megan K. Pickett, profesor asociat de fizică și astronomie, Universitatea Purdue Calumet.
Sursa originală: Comunicat de presă al Universității Indiana
