Εσωτερική μετανάστευση μιας ομάδας πρωτοπλανητών, όπου εκπροσωπούνται από λευκούς κύκλους. Πιστωτική εικόνα: QMUL Κάντε κλικ για μεγέθυνση
Οι αστρονόμοι πιστεύουν ότι έχουν μια λαβή σε πολλές πτυχές του πλανητικού σχηματισμού. Σύμφωνα με το μοντέλο τους, οι πυρήνες αυτών των τεράστιων πλανητών πρέπει να τραβηχτούν προς τα μέσα από το γονικό τους αστέρι σε μόλις 100.000 χρόνια - όχι σχεδόν αρκετός χρόνος για να σχηματιστεί σε μια σταθερή τροχιά. Θα μπορούσε να είναι ότι οι πρώτες γενιές πλανητών δεν ξεπερνούν ποτέ το στάδιο «μάζας» πριν καταστραφούν. Είναι μόνο οι επόμενες γενιές που πραγματικά επιβιώνουν αρκετά για να γίνουν πλανήτες.
Δύο Βρετανοί αστρονόμοι, Paul Cresswell και Richard Nelson παρουσιάζουν νέες αριθμητικές προσομοιώσεις στο πλαίσιο των προκλητικών μελετών του σχηματισμού πλανητικών συστημάτων. Διαπιστώνουν ότι, στα αρχικά στάδια του πλανητικού σχηματισμού, οι γιγαντιαίοι πρωτοπλανήτες μεταναστεύουν προς τα μέσα στο κλειδί στο κεντρικό αστέρι. Τα αποτελέσματά τους σύντομα θα δημοσιευτούν στην Αστρονομία και την Αστροφυσική.
Σε ένα άρθρο που θα δημοσιευτεί στην Αστρονομία και την Αστροφυσική, δύο Βρετανοί αστρονόμοι παρουσιάζουν νέες αριθμητικές προσομοιώσεις για το πώς σχηματίζονται τα πλανητικά συστήματα. Διαπιστώνουν ότι, στα αρχικά στάδια του πλανητικού σχηματισμού, οι γιγαντιαίοι πρωτοπλανήτες μεταναστεύουν προς τα μέσα στο κλειδί στο κεντρικό αστέρι.
Η τρέχουσα εικόνα του τρόπου με τον οποίο σχηματίζονται τα πλανητικά συστήματα έχει ως εξής: i) οι κόκκοι σκόνης πήζουν για να σχηματίσουν πλανητικά πλάτη διαμέτρου έως 1 km. ii) η διαφυγή ανάπτυξη πλανητοειδών οδηγεί στο σχηματισμό ~ 100; Πλανητικά έμβρυα μεγέθους 1000 χλμ. iii) αυτά τα έμβρυα αναπτύσσονται με «ολιγαρχικό» τρόπο, όπου μερικά μεγάλα σώματα κυριαρχούν στη διαδικασία σχηματισμού, και προσδίδουν τα γύρω και πολύ μικρότερα πλανητικά. Αυτοί οι «ολιγάρχες» σχηματίζουν επίγειους πλανήτες κοντά στο κεντρικό αστέρι και τους πλανητικούς πυρήνες δέκα επίγειων μαζών στην περιοχή του γιγαντιαίου πλανήτη, πέρα από 3 αστρονομικές μονάδες (AU).
Ωστόσο, αυτές οι θεωρίες δεν περιγράφουν τον σχηματισμό γιγαντιαίων πλανητών αερίου με ικανοποιητικό τρόπο. Η βαρυτική αλληλεπίδραση μεταξύ του αέριου πρωτοπλανητικού δίσκου και των τεράστιων πλανητικών πυρήνων τους κάνει να κινούνται γρήγορα προς τα μέσα για περίπου 100.000 χρόνια σε αυτό που αποκαλούμε «μετανάστευση» του πλανήτη στον δίσκο. Η πρόβλεψη αυτής της ταχείας μετανάστευσης των γιγαντιαίων πρωτοπλανητών είναι ένα μείζον πρόβλημα, καθώς αυτή η χρονική κλίμακα είναι πολύ μικρότερη από το χρόνο που απαιτείται για το αέριο να συσσωρευτεί στον γιγαντιαίο πλανήτη που σχηματίζει. Οι θεωρίες προβλέπουν ότι οι γιγαντιαίοι πρωτοπλανήτες θα συγχωνευτούν στο κεντρικό αστέρι πριν οι πλανήτες έχουν χρόνο να σχηματιστούν. Αυτό καθιστά πολύ δύσκολο να καταλάβουμε πώς μπορούν να σχηματιστούν καθόλου.
Για πρώτη φορά, ο Paul Cresswell και ο Richard Nelson εξέτασαν τι συμβαίνει σε ένα σύμπλεγμα σχηματισμού πλανητών που είναι ενσωματωμένοι σε έναν αέριο πρωτοπλανητικό δίσκο. Τα προηγούμενα αριθμητικά μοντέλα έχουν συμπεριλάβει μόνο έναν ή δύο πλανήτες σε ένα δίσκο. Αλλά το δικό μας ηλιακό σύστημα, και πάνω από το 10% των γνωστών εξωηλιακών πλανητικών συστημάτων, είναι συστήματα πολλαπλών πλανητών. Ο αριθμός τέτοιων συστημάτων αναμένεται να αυξηθεί καθώς βελτιώνονται οι τεχνικές παρατήρησης των εξωηλιακών συστημάτων. Η δουλειά του Cresswell και του Nelson είναι η πρώτη φορά που οι αριθμητικές προσομοιώσεις έχουν συμπεριλάβει τόσο μεγάλο αριθμό πρωτοπλανητών, λαμβάνοντας έτσι υπόψη τη βαρυτική αλληλεπίδραση μεταξύ των πρωτοπλανητών και του δίσκου, και μεταξύ των ίδιων των πρωτοπλανητών.
Το πρωταρχικό κίνητρο για τη δουλειά τους είναι να εξετάσουν τις τροχιές των πρωτοπλανητών και εάν ορισμένοι πλανήτες θα μπορούσαν να επιβιώσουν στο δίσκο για παρατεταμένες χρονικές περιόδους. Οι προσομοιώσεις τους δείχνουν ότι, σε πολύ λίγες περιπτώσεις (περίπου 2%), ένας μοναχικός πρωτοπλανήτης εκτοξεύεται μακριά από το κεντρικό αστέρι, επιμηκύνοντας έτσι τη διάρκεια ζωής του. Ωστόσο, στις περισσότερες περιπτώσεις (98%), πολλοί από τους πρωτοπλανήτες παγιδεύονται σε μια σειρά τροχιακών συντονισμών και μεταναστεύουν προς τα μέσα στο κλείδωμα, μερικές φορές ακόμη και συγχωνεύονται με το κεντρικό αστέρι.
Οι Cresswell και Nelson υποστηρίζουν έτσι ότι οι βαρυτικές αλληλεπιδράσεις μέσα σε ένα σμήνος πρωτοπλανητών που είναι ενσωματωμένοι σε ένα δίσκο δεν μπορούν να σταματήσουν την εσωτερική μετανάστευση των πρωτοπλανητών. Το «πρόβλημα» της μετανάστευσης παραμένει και απαιτεί περισσότερη διερεύνηση, αν και οι αστρονόμοι προτείνουν αρκετές πιθανές λύσεις. Κάποιος μπορεί να είναι ότι σχηματίζονται πολλές γενιές πλανητών και ότι μόνο εκείνοι που σχηματίζονται καθώς ο δίσκος διαλύεται επιβιώνουν από τη διαδικασία σχηματισμού. Αυτό μπορεί να δυσκολέψει τον σχηματισμό γιγαντιαίων αερίων, καθώς ο δίσκος εξαντλείται από το υλικό από το οποίο σχηματίζονται γιγαντιαίοι πλανήτες αερίων. (Ωστόσο, ο σχηματισμός γίγαντα αερίου μπορεί να είναι ακόμη δυνατός, αν υπάρχει αρκετό αέριο έξω από τις τροχιές των πλανητών, καθώς το νέο υλικό μπορεί να σαρώνει προς τα μέσα για να συγκεντρωθεί από τον πλανήτη που σχηματίζει). Μια άλλη λύση μπορεί να σχετίζεται με τις φυσικές ιδιότητες του πρωτοπλανητικού δίσκου. Στις προσομοιώσεις τους, οι αστρονόμοι υπέθεσαν ότι ο πρωτοπλανητικός δίσκος είναι ομαλός και μη ταραχώδης, αλλά φυσικά αυτό δεν θα μπορούσε να ισχύει. Τα μεγάλα μέρη του δίσκου θα μπορούσαν να είναι πιο ταραχώδη (ως συνέπεια αστάθειας που προκαλείται από μαγνητικά πεδία), γεγονός που μπορεί να αποτρέψει την εσωτερική μετανάστευση για μεγάλες χρονικές περιόδους.
Αυτή η εργασία εντάσσεται σε άλλες μελέτες σχηματισμού πλανητικών συστημάτων που πραγματοποιούνται επί του παρόντος από ένα ευρωπαϊκό δίκτυο επιστημόνων. Η άποψή μας για το πώς η μορφή των πλανητών έχει αλλάξει δραστικά τα τελευταία χρόνια καθώς ο αριθμός των πρόσφατα ανακαλυφθέντων πλανητικών συστημάτων έχει αυξηθεί. Η κατανόηση του σχηματισμού γιγαντιαίων πλανητών είναι σήμερα μια από τις μεγαλύτερες προκλήσεις για τους αστρονόμους.
Αρχική πηγή: Αστρονομία & Αστροφυσική
