Protoplanetu grupas iekšējā migrācija, kur tos attēlo balti apļi. Attēla kredīts: QMUL Noklikšķiniet, lai palielinātu
Astronomi domā, ka viņi ir tikuši galā ar daudziem planētas veidošanās aspektiem. Pēc viņu modeļa šo masīvo planētu kodoliem vecāku zvaigznei vajadzētu būt ievilktai uz iekšu tikai 100 000 gadu laikā - ne tuvu nav pietiekami daudz laika, lai izveidotu stabilu orbītu. Varētu būt, ka pirmās planētu paaudzes nekad neiziet no “salipšanas” stadijas, pirms tās nav iznīcinātas. Tikai vēlākās paaudzes faktiski izdzīvo pietiekami ilgi, lai kļūtu par planētām.
Divi britu astronomi, Pols Kressvels un Ričards Nelsons, izaicinošu planētu sistēmas veidošanās pētījumu ietvaros piedāvā jaunas skaitliskas simulācijas. Viņi atklāj, ka planētu veidošanās sākumposmā milzu protoplanētas migrē uz iekšu centrālajā zvaigznī. Viņu rezultāti drīz tiks publicēti žurnālā Astronomy & Astrophysics.
Rakstā, kas jāpublicē žurnālā Astronomy & Astrophysics, divi britu astronomi iepazīstina ar jaunām skaitliskām simulācijām par to, kā veidojas planētu sistēmas. Viņi atklāj, ka planētu veidošanās sākumposmā milzu protoplanētas migrē uz iekšu centrālajā zvaigznī.
Pašreizējais attēls par to, kā veidojas planētu sistēmas, ir šāds: i) putekļu graudi koagulējas, veidojot plaknes simboli ar diametru līdz 1 km; ii) bieža plaknes simbolu augšana noved pie ~ 100 veidošanās? 1000 km izmēra planētu embriji; iii) šie embriji aug “oligarhiski”, kad veidošanās procesā dominē daži lieli ķermeņi, un tie apņem apkārtējos un daudz mazākos plakneimālijas. Šie “oligarhi” veido sauszemes planētas netālu no centrālās zvaigznes un desmit zemes masu planētu kodoliem milzu planētas reģionā, kas pārsniedz 3 astronomiskās vienības (AU).
Tomēr šīs teorijas nespēj apmierinoši aprakstīt gāzes milzu planētu veidošanos. Gravitācijas mijiedarbība starp gāzveida protoplanētisko disku un masīvajiem planētu kodoliem liek tiem strauji virzīties uz iekšu apmēram 100 000 gadu laikā, ko mēs saucam par diska planētas “migrāciju”. Prognoze par šo milzu protoplanetu straujo iekšējo migrāciju ir liela problēma, jo šis laika grafiks ir daudz īsāks nekā laiks, kas vajadzīgs, lai gāze uzkrātos uz veidojošās milzu planētas. Teorijas paredz, ka milzu protoplanētas saplūdīs centrālajā zvaigznē, pirms planētām būs laiks veidoties. Tas padara ļoti grūti saprast, kā tie vispār var veidoties.
Pirmoreiz Pols Kresvels un Ričards Nelsons pārbaudīja, kas notiek ar planētu veidošanās kopu, kas iegulta gāzveida protoplanētiskajā diskā. Iepriekšējos skaitliskajos modeļos diskā ir iekļauta tikai viena vai divas planētas. Bet mūsu pašu Saules sistēma un vairāk nekā 10% no zināmajām ekstrasolāru planētu sistēmām ir vairāku planētu sistēmas. Paredzams, ka, uzlabojot ekstrasolāru sistēmu novērošanas paņēmienus, palielināsies šādu sistēmu skaits. Kresvela un Nelsona darbs ir pirmā reize, kad skaitliskās simulācijās ir iekļauts tik liels protoplanetu skaits, tādējādi ņemot vērā gravitācijas mijiedarbību starp protoplaneetēm un disku, kā arī pašu protoplanetu starpā.
Viņu darba galvenā motivācija ir izpētīt protoplanētu orbītas un to, vai dažas planētas varētu ilgstoši izdzīvot diskā. Viņu simulācijas rāda, ka ļoti nedaudzos gadījumos (apmēram 2%) vientuļa protoplaneta tiek izmesta tālu no centrālās zvaigznes, tādējādi pagarinot tā kalpošanas laiku. Bet vairumā gadījumu (98%) daudzas protoplanetes ir ieslodzītas orbitālo rezonanšu virknē un migrē uz iekšu slūžās, dažreiz pat apvienojoties ar centrālo zvaigzni.
Kresvels un Nelsons tādējādi apgalvo, ka gravitācijas mijiedarbība diskā iestrādātu protoplanetu skaitā nevar apturēt protoplanetu migrāciju uz iekšu. Migrācijas “problēma” joprojām ir nepieciešama un tā ir vairāk jāizpēta, lai gan astronomi piedāvā vairākus iespējamos risinājumus. Var būt, ka veidojas vairākas planētu paaudzes un veidošanās procesu izdzīvo tikai tās, kas veidojas diska izkliedes laikā. Tas var apgrūtināt gāzes gigantu veidošanos, jo disks ir noplicināts no materiāla, no kura veidojas gāzes milzu planētas. (Gāzu milzu veidošanās tomēr var būt iespējama, ja pietiekami daudz gāzes atrodas ārpus planētas orbītām, jo jauns materiāls var slaucīt uz iekšu, lai to uzkrātu veidojošā planēta). Cits risinājums varētu būt saistīts ar protoplanetārā diska fizikālajām īpašībām. Savās simulācijās astronomi pieņēma, ka protoplanētiskais disks ir gluds un nepastāvīgs, taču tas, protams, varētu nebūt. Lielas diska daļas varētu būt turbulentākas (magnētisko lauku izraisītas nestabilitātes rezultātā), kas ilgā laika posmā var novērst migrāciju uz iekšu.
Šis darbs ir saistīts ar citiem planētu sistēmas veidošanās pētījumiem, kurus pašlaik veic Eiropas zinātnieku tīkls. Mūsu skatījums uz to, kā veidojas planētas, pēdējos gados ir krasi mainījies, jo ir palielinājies jaunatklāto planētu sistēmu skaits. Izpratne par milzu planētu veidošanos šobrīd ir viens no galvenajiem astronomu izaicinājumiem.
Oriģinālais avots: Astronomija un astrofizika
