Jauna teorija par to, kā veidojas planētas, atrod stabilitātes oāzes vardarbīgas turbulences apstākļos virpuļojošajā gāzē, kas ieskauj jauno zvaigzni. Šīs aizsargājamās teritorijas ir vietas, kur planētas var sākt veidoties bez iznīcināšanas. Teorija tiks publicēta žurnāla Icarus februāra numurā.
“Tas ir vēl viens veids, kā sākt veidot planētu. Tas savieno divas galvenās planētu veidošanās teorijas, ”sacīja Ričards Durisens, astronomijas profesors un šīs katedras priekšsēdētājs Indiānas Bloomingtonas universitātē. Durisen ir līderis datoru izmantošanā, lai modelētu planētas veidošanos.
Vērojot, kā viņa simulācijas darbojas datora monitorā, ir viegli iedomāties, ka skatās no zvaigznītes telpas uz priekšu un vēro, kā process faktiski notiek.
Ap centrālo zvaigzni virpuļo zaļš gāzes disks. Galu galā diskā sāk parādīties dzeltenās spirāles, norādot reģionus, kur gāze kļūst blīvāka. Pēc tam parādās pāris sarkanu lāseņu, sākumā tikai ar norādījumiem, bet pēc tam pakāpeniski stabilāk. Šie sarkanie reģioni ir vēl blīvāki, parādot, kur uzkrājas gāzes masas, kas vēlāk varētu kļūt par planētām.
Turbulentās gāzes un virpuļdiski ir matemātiskas konstrukcijas, izmantojot hidrodinamiku un datorgrafiku. Datora monitorā zinātnieku aprēķinu rezultāti tiek parādīti kā krāsainas animācijas.
"Tie ir gāzes un putekļu diski, ko astronomi redz ap lielāko daļu jauno zvaigžņu, no kurām veidojas planētas," skaidroja Durisens. “Viņi ir kā milzu virpulis, kas orbītā virpuļo ap zvaigzni. No mūsu diska izveidojās mūsu pašu saules sistēma. ”
Zinātnieki tagad zina par vairāk nekā 130 planētām ap citām zvaigznēm, un gandrīz visas no tām ir vismaz tikpat masīvas kā Jupiters. "Gāzes milzu planētas ir biežāk sastopamas, nekā mēs būtu varējuši nojaust pat pirms 10 gadiem," viņš sacīja. "Daba diezgan labi veido šīs planētas."
Pēc Durisena teiktā, lai saprastu, kā tiek veidotas planētas, ir parādība, ko sauc par gravitācijas nestabilitāti. Zinātnieki jau sen domā, ka, ja gāzes diski ap zvaigznēm ir pietiekami masīvi un pietiekami auksti, notiek šī nestabilitāte, ļaujot diska gravitācijai pārmērīgi ietekmēt gāzes spiedienu un izraisīt diska daļu savilkšanos un veidot blīvus salipumus, kas varētu kļūt par planētām.
Tomēr gravitācijas ziņā nestabils disks ir vardarbīga vide. Mijiedarbība ar citu diska materiālu un citi salikumi var potenciālo planētu iemest centrālajā zvaigznē vai pilnībā to saplēst. Ja planētas veidosies nestabilā diskā, tām ir nepieciešama vairāk aizsargāta vide, un Durisens domā, ka tādu ir atradis.
Kad viņa simulācijas notiek, gāzes gredzeni diskā veidojas nestabila reģiona malā un kļūst blīvāki. Ja cietās daļiņas, kas uzkrājas gredzenā, ātri migrē uz gredzena vidu, planētas kodols varētu veidoties daudz ātrāk.
Laika faktors ir svarīgs. Galvenais izaicinājums, ar kuru saskaras Durisens un citi teorētiķi, ir astronomu nesens atklājums, ka tādas aspekta gāzes planētas kā Jupiters diezgan ātri veidojas pēc astronomiskiem standartiem. Viņiem ir jādara - pretējā gadījumā vajadzīgā gāze būs pazudusi.
"Astronomi tagad zina, ka masveida gāzes diski ap jaunām zvaigznēm mēdz izzust dažu miljonu gadu laikā," sacīja Durisens. “Tā ir iespēja izgatavot planētas, kas bagātas ar gāzi. Jupiters un Saturns, kā arī planētas, kas ir kopīgas ap citām zvaigznēm, ir visi gāzes giganti, un šīs planētas ir jāizgatavo šī dažu miljonu gadu loga laikā, kad apkārt joprojām ir ievērojams daudzums gāzes disku. ”
Šī vajadzība pēc ātruma rada problēmas jebkurai teorijai ar nesteidzīgu pieeju planētu veidošanai, piemēram, pamata akrācijas teorijai, kas vēl nesen bija standarta modelis.
"Pamata akreces teorijā gāzes milzu planētu veidošanos sāk process, kas ir līdzīgs tam, kā uzkrājas tādas planētas kā Zeme," skaidroja Durisens. “Cietie priekšmeti sitās viens pret otru un salipās kopā un aug lielumā. Ja ciets priekšmets pieaug apmēram 10 reizes virs Zemes masas, un apkārt ir arī gāze, tas kļūst pietiekami masīvs, lai gravitācijas ietekmē sagūstītu lielu daudzumu gāzes. Tiklīdz tas notiks, jūs ātri iegūstat gāzes giganta planētu. ”
Problēma ir tāda, ka vajadzīgs ilgs laiks, lai šādā veidā izveidotu stabilu kodolu - jebkur no apmēram 10 miljoniem līdz 100 miljoniem gadu. Teorija var darboties Jupiteram un Saturnam, bet ne desmitiem planētu ap citām zvaigznēm. Daudzām no šīm citām planētām ir vairākas reizes lielāks par Jupitera masu, un ir ļoti grūti izveidot tik milzīgas planētas, izmantojot kodolu.
Teorija, ka gravitācijas nestabilitāte pati par sevi var radīt gāzes giganta planētas, pirmo reizi tika ierosināta vairāk nekā pirms 50 gadiem. Nesen tas tika atdzīvināts, jo radās problēmas ar galveno akreces teoriju. Ideja, ka milzīgas gāzes masas pēkšņi sabrūk gravitācijas ietekmē, veidojot blīvu objektu, iespējams, tikai dažās orbītās, noteikti atbilst pieejamajam laika grafikam, taču tam ir dažas savas problēmas.
Saskaņā ar gravitācijas nestabilitātes teoriju spirāles ieroči veidojas gāzes diskā un pēc tam sadalās salikumos, kas atrodas dažādās orbītās. Šie salipumi izdzīvo un aug lielāki, līdz ap tiem veidojas planētas. Durisens savās simulācijās redz šos salikumus, taču tie nav ilgi.
"Punkti lido apkārt un izbīli, veidojas un atkal un atkal tiek iznīcināti," viņš sacīja. “Ja gravitācijas nestabilitāte ir pietiekami spēcīga, spirālveida roka salūzīs. Jautājums ir, kas ar viņiem notiek? ”
Raksta līdzautori ir IU doktorante Kai Kai un divi no bijušajiem Durisenas studentiem: Annija C. Mejia, Vašingtonas Universitātes Astronomijas departamenta doktorante; un Megana K. Piketa, fizikas un astronomijas asociētā profesore, Purdue University Calumet.
Oriģinālais avots: Indiānas universitātes paziņojums presei
