Nová teória, ako formy planét nájdu útočisko stability uprostred prudkých turbulencií vo vírivom plyne obklopujúcom mladú hviezdu. V týchto chránených oblastiach sa môžu planéty začať formovať bez toho, aby boli zničené. Teória bude publikovaná vo februárovom čísle časopisu Icarus.
„Je to ďalší spôsob, ako začať planétu. Spája sa s dvoma hlavnými teóriami formovania planéty, “uviedol Richard Durisen, profesor astronómie a predseda tohto oddelenia na Indiana University Bloomington. Durisen je lídrom v používaní počítačov na modelovanie planéty.
Pri sledovaní jeho simulácií na počítačovom monitore je ľahké si predstaviť, že sa pozeráme dolu z výhodného miesta v medzihviezdnom priestore a sledujú, ako sa proces skutočne deje.
Okolo centrálnej hviezdy sa točí zelený kotúč plynu. Nakoniec sa na disku začnú objavovať žlté špirálové ramená, čo naznačuje oblasti, v ktorých sa plyn stáva hustejším. Potom sa objaví niekoľko červených guličiek, najskôr iba náznakov, ale potom postupne stabilnejších. Tieto červené oblasti sú ešte hustejšie a ukazujú, kde sa hromadia masy plynu, ktoré by sa neskôr mohli stať planétami.
Turbulentné plyny a vírivé disky sú matematické konštrukcie využívajúce hydrodynamiku a počítačovú grafiku. Počítačový monitor zobrazuje výsledky výpočtov vedcov ako farebné animácie.
"Toto sú disky plynu a prachu, ktoré vidia astronómovia okolo väčšiny mladých hviezd, z ktorých sa tvoria planéty," vysvetlil Durisen. "Sú ako obrovská vírivá vírivka okolo hviezdy na obežnej dráhe." Náš vlastný solárny systém sa vytvoril z takého disku. “
Vedci dnes vedia o viac ako 130 planétach okolo iných hviezd a takmer všetky sú prinajmenšom také masívne ako Jupiter. "Planéty s plynovými obrami sú bežnejšie, ako sme si mohli myslieť už pred 10 rokmi," uviedol. "Príroda je veľmi dobrá na výrobu týchto planét."
Kľúčom k pochopeniu spôsobu výroby planét je podľa Durisena jav nazývaný gravitačné nestability. Vedci už dlho mysleli, že ak sú plynové disky okolo hviezd dostatočne masívne a dostatočne chladné, nastanú tieto nestability, ktoré umožnia gravitácii disku premôcť tlak plynu a spôsobiť, že časti disku sa stiahnu dokopy a vytvoria husté zhluky, ktoré by sa mohli stať planétami.
Gravitačne nestabilný disk je však násilným prostredím. Interakcie s iným materiálom disku a inými zhlukami môžu vyhodiť potenciálnu planétu do centrálnej hviezdy alebo ju úplne roztrhnúť. Ak sa majú planéty tvoriť na nestabilnom disku, potrebujú chránenejšie prostredie a Durisen si myslí, že ho našiel.
Keď jeho simulácie bežia, na disku sa na okraji nestabilnej oblasti vytvárajú krúžky plynu a rastú hustejšie. Ak pevné častice, ktoré sa hromadia v kruhu, rýchlo migrujú do stredu kruhu, jadro planéty by sa mohlo vytvoriť oveľa rýchlejšie.
Časový faktor je dôležitý. Hlavnou výzvou, ktorej čelia Durisen a ďalší teoretici, je nedávny objav astronómov, podľa ktorého astronomické štandardy vytvárajú obrovské plynové planéty, ako je Jupiter, pomerne rýchlo. Musia - inak bude potrebný plyn preč.
"Astronómovia vedia, že obrovské disky plynu okolo mladých hviezd majú tendenciu odchádzať v priebehu niekoľkých miliónov rokov," uviedol Durisen. „Je to šanca na výrobu planét bohatých na plyn. Jupiter a Saturn a planéty, ktoré sú spoločné s ostatnými hviezdami, sú všetci plynoví giganti a tieto planéty sa musia vytvoriť počas tohto okienka s niekoľkými miliónmi rokov, keď je stále okolo značné množstvo plynového disku. “
Táto potreba rýchlosti spôsobuje problémy pre akúkoľvek teóriu s pokojným prístupom k vytváraniu planét, ako je teória jadrovej akumulácie, ktorá bola donedávna štandardným modelom.
„V teórii jadrovej akumulácie sa tvorba plynových gigantických planét začína procesom podobným spôsobu akumulácie planét, ako je Zem,“ vysvetlil Durisen. „Pevné predmety narazili do seba a držali sa spolu a zväčšovali sa vo veľkosti. Ak pevný objekt vyrastie na asi 10-násobok hmotnosti Zeme a je tu tiež plyn, stáva sa dostatočne masívnym na to, aby pomocou gravitácie chytil veľa plynu. Akonáhle sa to stane, získate rýchly rast planéty plynovej obrie. “
Problém spočíva v tom, že týmto spôsobom bude trvať dlho, kým sa vytvorí pevné jadro - kdekoľvek od asi 10 miliónov do 100 miliónov rokov. Teória môže fungovať pre Jupiter a Saturn, ale nie pre desiatky planét okolo iných hviezd. Mnohé z týchto planét majú niekoľkokrát hmotnosť Jupitera a je veľmi ťažké vyrobiť také obrovské planéty pomocou jadra.
Teória, že gravitačné nestability samy osebe môžu vytvárať planéty s plynovými obrami, bola prvýkrát navrhnutá pred viac ako 50 rokmi. Nedávno bol oživený kvôli problémom s teóriou základných prírastkov. Myšlienka, že obrovské množstvo plynu sa náhle zrúti gravitáciou, aby vytvorila hustý predmet, možno len na niekoľkých obežných dráhach, určite zapadá do dostupného časového rámca, má však svoje vlastné problémy.
Podľa teórie gravitačnej nestability sa špirálové ramená tvoria v plynovom disku a potom sa rozpadajú na zhluky, ktoré sú na rôznych obežných dráhach. Tieto zhluky prežívajú a zväčšujú sa, až kým sa okolo nich nevytvoria planéty. Durisen vidí tieto zhluky vo svojich simuláciách - ale netrvajú dlho.
"Zhluky poletujú okolo, strihajú a znovu sa formujú a sú znova a znova ničené," uviedol. „Ak sú gravitačné nestability dosť silné, špirálové rameno sa rozpadne na zhluky. Otázka znie, čo sa s nimi stane? “
Spoluautormi príspevku sú doktorand IU Kai Cai a dvaja bývalí Durisenov študenti: Annie C. Mejia, postdoktorandka na Katedre astronómie, Washingtonská univerzita; a Megan K. Pickett, docent fyziky a astronómie, Purdue University Calumet.
Pôvodný zdroj: Indiana University News News
