Μια νέα θεωρία για το πώς σχηματίζονται οι πλανήτες βρίσκουν παραδείγματα σταθερότητας εν μέσω βίαιων αναταράξεων στο στροβιλισμένο αέριο που περιβάλλει ένα νεαρό αστέρι. Αυτές οι προστατευόμενες περιοχές είναι όπου οι πλανήτες μπορούν να αρχίσουν να σχηματίζονται χωρίς να καταστραφούν. Η θεωρία θα δημοσιευτεί στο τεύχος Φεβρουαρίου του περιοδικού Icarus.
«Αυτός είναι ένας άλλος τρόπος για να ξεκινήσει ένας πλανήτης. Παντρεύεται τις δύο βασικές θεωρίες του σχηματισμού πλανητών », δήλωσε ο Richard Durisen, καθηγητής αστρονομίας και πρόεδρος αυτού του τμήματος στο Πανεπιστήμιο Indiana Bloomington. Ο Durisen είναι ο ηγέτης στη χρήση υπολογιστών για τη μοντελοποίηση του σχηματισμού πλανητών.
Παρακολουθώντας τις προσομοιώσεις του να εκτελούνται σε οθόνη υπολογιστή, είναι εύκολο να φανταστεί κανείς να κοιτάζει κάτω από ένα πλεονεκτικό σημείο στον διαστρικό χώρο και να παρακολουθεί τη διαδικασία που συμβαίνει πραγματικά.
Ένας πράσινος δίσκος αερίου περιστρέφεται γύρω από ένα κεντρικό αστέρι. Τελικά, σπειροειδείς βραχίονες κίτρινου αρχίζουν να εμφανίζονται μέσα στο δίσκο, υποδεικνύοντας περιοχές όπου το αέριο γίνεται πιο πυκνό. Στη συνέχεια, εμφανίζονται λίγες κόκκινες σταγόνες, αρχικά μόνο υποδείξεις, αλλά στη συνέχεια σταδιακά πιο σταθερές. Αυτές οι κόκκινες περιοχές είναι ακόμη πιο πυκνές, δείχνοντας πού συσσωρεύονται μάζες αερίου που θα μπορούσαν αργότερα να γίνουν πλανήτες.
Τα ταραχώδη αέρια και οι δίσκοι περιστροφής είναι μαθηματικές κατασκευές χρησιμοποιώντας υδροδυναμική και γραφικά υπολογιστών. Η οθόνη του υπολογιστή εμφανίζει τα αποτελέσματα των υπολογισμών των επιστημόνων ως πολύχρωμα κινούμενα σχέδια.
«Αυτοί είναι οι δίσκοι αερίου και σκόνης που βλέπουν οι αστρονόμοι γύρω από τα περισσότερα νεαρά αστέρια, από τα οποία σχηματίζονται πλανήτες», εξήγησε ο Durisen. «Είναι σαν ένα τεράστιο υδρομασάζ που περιστρέφεται γύρω από το αστέρι σε τροχιά. Το δικό μας ηλιακό σύστημα σχηματίστηκε από έναν τέτοιο δίσκο. "
Οι επιστήμονες γνωρίζουν τώρα περισσότερους από 130 πλανήτες γύρω από άλλα αστέρια, και σχεδόν όλοι τους είναι τουλάχιστον τόσο μεγάλοι όσο ο Δίας. «Οι γίγαντες πλανήτες αερίου είναι πιο συνηθισμένοι από ό, τι θα μπορούσαμε να μαντέψουμε ακόμη και πριν από 10 χρόνια», είπε. "Η φύση είναι πολύ καλή στην κατασκευή αυτών των πλανητών."
Το κλειδί για την κατανόηση του τρόπου δημιουργίας των πλανητών είναι ένα φαινόμενο που ονομάζεται βαρυτική αστάθεια, σύμφωνα με τον Durisen. Οι επιστήμονες πιστεύουν εδώ και πολύ καιρό ότι εάν οι δίσκοι αερίου γύρω από τα αστέρια είναι αρκετά μαζικοί και αρκετά κρύοι, συμβαίνουν αυτές οι αστάθειες, επιτρέποντας στη βαρύτητα του δίσκου να ξεπεράσει την πίεση του αερίου και να αναγκάσει τμήματα του δίσκου να τραβήξουν μαζί και να σχηματίσουν πυκνές συστάδες, οι οποίες θα μπορούσαν να γίνουν πλανήτες.
Ωστόσο, ένας βαρυτικά ασταθής δίσκος είναι ένα βίαιο περιβάλλον. Οι αλληλεπιδράσεις με άλλο υλικό δίσκου και άλλες συστάδες μπορούν να ρίξουν έναν πιθανό πλανήτη στο κεντρικό αστέρι ή να τον διαλύσουν εντελώς. Εάν οι πλανήτες πρόκειται να σχηματιστούν σε έναν ασταθές δίσκο, χρειάζονται ένα πιο προστατευμένο περιβάλλον και ο Durisen πιστεύει ότι έχει βρει έναν.
Καθώς εκτελούνται οι προσομοιώσεις του, δακτύλιοι αερίου σχηματίζονται στο δίσκο στην άκρη μιας ασταθούς περιοχής και μεγαλώνουν πιο πυκνοί. Εάν τα στερεά σωματίδια που συσσωρεύονται σε έναν δακτύλιο μεταναστεύσουν γρήγορα στο μέσο του δακτυλίου, ο πυρήνας ενός πλανήτη θα μπορούσε να σχηματιστεί πολύ πιο γρήγορα.
Ο παράγοντας χρόνου είναι σημαντικός. Μια μεγάλη πρόκληση που αντιμετωπίζουν οι Durisen και άλλοι θεωρητικοί είναι μια πρόσφατη ανακάλυψη από τους αστρονόμους ότι οι γιγαντιαίοι πλανήτες αερίου όπως ο Δίας σχηματίζονται αρκετά γρήγορα από αστρονομικά πρότυπα. Πρέπει να - διαφορετικά το αέριο που χρειάζονται θα εξαφανιστεί.
«Οι αστρονόμοι γνωρίζουν τώρα ότι οι τεράστιοι δίσκοι αερίου γύρω από νεαρά αστέρια τείνουν να εξαφανίζονται για μια περίοδο μερικών εκατομμυρίων ετών», δήλωσε ο Durisen. «Αυτή είναι η ευκαιρία να φτιάξεις πλανήτες πλούσιους σε αέριο. Ο Δίας και ο Κρόνος και οι πλανήτες που είναι κοινά γύρω από άλλα αστέρια είναι όλοι γίγαντες φυσικού αερίου και αυτοί οι πλανήτες πρέπει να γίνουν κατά τη διάρκεια αυτού του παραθύρου λίγων εκατομμυρίων ετών, όταν υπάρχει ακόμα μια σημαντική ποσότητα δίσκου αερίου. "
Αυτή η ανάγκη για ταχύτητα προκαλεί προβλήματα σε οποιαδήποτε θεωρία με μια χαλαρή προσέγγιση στο σχηματισμό πλανητών, όπως η βασική θεωρία αύξησης που ήταν το πρότυπο μοντέλο μέχρι πρόσφατα.
«Στη βασική θεωρία αύξησης, ο σχηματισμός γιγαντιαίων πλανητών αερίου ξεκινά με μια διαδικασία παρόμοια με τον τρόπο που συσσωρεύονται πλανήτες όπως η Γη», εξήγησε ο Durisen. «Τα στερεά αντικείμενα χτυπούν το ένα το άλλο και κολλάνε μεταξύ τους και μεγαλώνουν σε μέγεθος. Εάν ένα στερεό αντικείμενο μεγαλώνει περίπου 10 φορές τη μάζα της Γης και υπάρχει επίσης αέριο γύρω, γίνεται αρκετά ογκώδες για να αρπάξει πολύ από το αέριο από τη βαρύτητα. Μόλις συμβεί αυτό, θα έχετε ταχεία ανάπτυξη ενός γιγαντιαίου πλανήτη αερίου. "
Το πρόβλημα είναι ότι χρειάζεται πολύς χρόνος για να σχηματιστεί ένας σταθερός πυρήνας με αυτόν τον τρόπο - οπουδήποτε από περίπου 10 εκατομμύρια έως 100 εκατομμύρια χρόνια. Η θεωρία μπορεί να λειτουργήσει για τον Δία και τον Κρόνο, αλλά όχι για δεκάδες πλανήτες γύρω από άλλα αστέρια. Πολλοί από αυτούς τους άλλους πλανήτες έχουν αρκετές φορές τη μάζα του Δία, και είναι πολύ δύσκολο να φτιάξουν τέτοιους τεράστιους πλανήτες με βασική αύξηση.
Η θεωρία ότι οι βαρυτικές αστάθειες από μόνες τους μπορούν να σχηματίσουν γιγαντιαίους πλανήτες αερίου προτάθηκε για πρώτη φορά πριν από περισσότερα από 50 χρόνια. Ανανεώθηκε πρόσφατα λόγω προβλημάτων με τη βασική θεωρία αύξησης. Η ιδέα ότι τεράστιες μάζες αερίου καταρρέουν ξαφνικά από τη βαρύτητα για να σχηματίσουν ένα πυκνό αντικείμενο, ίσως σε λίγες τροχιές, σίγουρα ταιριάζει στο διαθέσιμο χρονικό πλαίσιο, αλλά έχει κάποια δικά του προβλήματα.
Σύμφωνα με τη θεωρία της βαρυτικής αστάθειας, οι σπειροειδείς βραχίονες σχηματίζονται σε ένα δίσκο αερίου και στη συνέχεια χωρίζονται σε συστάδες που βρίσκονται σε διαφορετικές τροχιές. Αυτές οι συστάδες επιβιώνουν και μεγαλώνουν έως ότου σχηματιστούν πλανήτες γύρω τους. Ο Durisen βλέπει αυτές τις συστάδες στις προσομοιώσεις του - αλλά δεν διαρκούν πολύ.
«Οι συσσωματώσεις πετούν γύρω και κουρεύονται και ξαναχτίζονται και καταστρέφονται ξανά και ξανά», είπε. «Εάν η βαρυτική αστάθεια είναι αρκετά ισχυρή, ένας σπειροειδής βραχίονας θα σπάσει σε συστάδες. Το ερώτημα είναι, τι τους συμβαίνει; "
Συν-συγγραφείς της εφημερίδας είναι ο διδακτορικός φοιτητής της IU, Kai Cai και δύο από τους πρώην φοιτητές του Durisen: Annie C. Mejia, μεταδιδακτορικός συνεργάτης στο Τμήμα Αστρονομίας του Πανεπιστημίου της Ουάσιγκτον. και Megan K. Pickett, αναπληρωτής καθηγητής φυσικής και αστρονομίας, Purdue University Calumet.
Πρωτότυπη πηγή: Δελτίο ειδήσεων του Πανεπιστημίου της Ιντιάνα
