Egy új elmélet arról, hogy a bolygók miként alakulnak ki, a stabilitási menedékeket erőszakos turbulencia közepette idézheti elő a fiatal csillagot körülvevő kavargó gázban. Ezekben a védett területekben a bolygók megsemmisülés nélkül kezdhetnek kialakulni. Az elméletet az Icarus folyóirat februári számában teszik közzé.
„Ez egy másik út a bolygó elindításához. Feleségül veszi a bolygóképződés két fő elméletét ”- mondta Richard Durisen, a csillagászat professzora és az Intézeti Bloomington Egyetem tanszékének elnöke. Durisen a számítógépek bolygóképződésének modellezésében vezető szerepe.
Figyelembe véve szimulációinak futtatását egy számítógép-monitoron, könnyű elképzelni, hogy egy csillagközi térbeli kilátópontról lenézzenek, és hogy a folyamat valóban megtörténjen.
Egy központi csillag körül zöld gázkorong kavarog. Végül a spirálkarok megjelennek a korongon belül, jelezve azokat a területeket, ahol a gáz sűrűbbé válik. Ezután megjelenik néhány vörös folt, eleinte csak utalásokra, majd fokozatosan stabilabbá. Ezek a vörös régiók még sűrűbbek, megmutatva, hol halmozódnak fel gáztömegek, amelyek később bolygókká válhatnak.
A turbulens gázok és a kavargó tárcsák matematikai konstrukciók, amelyek hidrodinamikát és számítógépes grafikát használnak. A számítógépes monitor színes animációk formájában jeleníti meg a tudósok számításának eredményeit.
"Ezeket a gáz- és porlemezeket látják a csillagászok a legtöbb fiatal csillag körül, amelyekből bolygók alakulnak ki" - magyarázta Durisen. Olyanok, mint egy óriási örvény, amely körpályán kavarog a csillag körül. A saját napenergia rendszerünk egy ilyen lemezből alakult ki. "
A tudósok több mint 130 bolygóról tudnak más csillagok körül, és szinte mindegyik legalább annyira hatalmas, mint a Jupiter. "A földgáz óriás bolygók gyakoribbak, mint akár tíz évvel ezelőtt is kitalálhattuk volna" - mondta. "A természet nagyon jó e bolygók elkészítéséhez."
Durisen szerint a bolygók elkészítésének megértésének kulcsa a gravitációs instabilitásnak nevezett jelenség. A tudósok már régóta azt gondolják, hogy ha a csillagok körüli gáztárcsák elég nagyok és elég hidegek, akkor ezek az instabilitások megtörténnek, így a korong gravitációja meghaladhatja a gáznyomást, és a lemez egyes részei összehúzódhatnak és sűrű csomókat képezhetnek, amelyek bolygókká válhatnak.
A gravitációs szempontból instabil lemez azonban erőszakos környezet. A más lemezes anyaggal és más csomókkal való interakciók révén egy potenciális bolygó behatolhat a középső csillagba, vagy teljesen széteshet. Ha a bolygók instabil lemezen akarnak kialakulni, akkor védettebb környezetre van szükségük, és Durisen azt gondolja, hogy megtalálta.
Amint a szimulációk futnak, gázgyűrűk képződnek a korongban egy instabil régió szélén, és sűrűbbé válnak. Ha a gyűrűben felhalmozódó szilárd részecskék gyorsan a gyűrű közepére vándorolnak, akkor a bolygó magja sokkal gyorsabban képződhet.
Az idő tényező fontos. A fő kihívás, amellyel Durisen és más teoretikusok szembesülnek, az a csillagászok által a közelmúltban felfedezett felfedezés, hogy az óriási gázbolygók, mint például a Jupiter, meglehetősen gyorsan alakulnak ki csillagászati szabványok szerint. Meg kell - különben a szükséges gáz elfogy.
"A csillagászok most már tudják, hogy a fiatal csillagok körüli hatalmas gázlemezek hajlamosak néhány millió év alatt elmenni" - mondta Durisen. - Szóval ez az esély, hogy gázzal gazdag bolygót készítsünk. A Jupiter és a Szaturnusz, valamint a többi csillag körül közös bolygók mind gáz óriások, és ezeket a bolygót ennek a néhány millió éves ablaknak a alatt kell elkészíteni, amikor még mindig jelentős mennyiségű gázkorong van körül.
Ez a sebesség iránti igény minden olyan elméletnél problémát jelent, amely a bolygók kialakításának nyugodt megközelítésével jár, például a központi akkreditációs elmélet, amely a közelmúltban volt a standard modell.
"Az alapvető akkreditációs elméletben a gáz óriási bolygók kialakulása olyan folyamatnak indul, amely hasonló a bolygók, mint a Föld felhalmozódásához" - magyarázta Durisen. „A szilárd tárgyak ütköznek egymáshoz, összetapadnak és méretükben növekednek. Ha egy szilárd tárgy körülbelül a Föld tömegének tízszeresére növekszik, és benne van még gáz is, akkor elég masszívvá válik, hogy gravitáció révén megragadjon egy csomó gázra. Amint ez megtörténik, gyorsan növekedhet egy gáz óriási bolygó.
A baj az, hogy hosszú idő eltart egy ilyen szilárd mag kialakításában - bárhol 10 és 100 millió év között. Az elmélet működhet a Jupiter és a Szaturnusz számára, de nem lehet tucatnyi más csillag körüli bolygó számára. Ezeknek a más bolygóknak sok a Jupiter tömege többszöröse, és nagyon nehéz ilyen hatalmas bolygót elkészíteni maggal.
Az elméletet, miszerint a gravitációs instabilitások önmagukban képezhetik óriási bolygók képződését, először több mint 50 évvel ezelőtt javasolták. A közelmúltban újjáéledték, mivel problémák voltak az alapvető akkreditációs elmélettel. Az a gondolat, hogy a hatalmas gáztömeg hirtelen gravitációval összeomlik, hogy sűrű tárgy legyen, talán csak néhány pályán, valóban megfelel a rendelkezésre álló időkeretnek, ám van néhány saját problémája.
A gravitációs instabilitás elmélete szerint a spirális karok gázkorongban alakulnak ki, majd összeomlanak, amelyek különböző pályákon vannak. Ezek a csomók életben maradnak és nagyobbra nőnek, amíg bolygók képződnek körülöttük. Durisen látja ezeket a csomókat a szimulációkban - de ezek nem tartanak sokáig.
"A csomók repülnek körül, nyírnak és formálódnak, és újra és újra megsemmisülnek" - mondta. „Ha a gravitációs instabilitás elég erős, akkor egy spirális kar összecsukódik. A kérdés az, hogy mi történik velük? ”
A cikk társszerzője Kai Cai IU doktori hallgató és Durisen korábbi hallgatóinak két tagja: Annie C. Mejia, a Washingtoni Egyetem Csillagászati Tanszékének posztdoktori ösztöndíja; és Megan K. Pickett, a fizikai és csillagászati egyetemi docens, a Calumet Purdue University.
Eredeti forrás: Indiana University sajtóközlemény
