Вътрешна миграция на група протопланети, където те са представени от бели кръгове. Кредит за изображение: QMUL Кликнете за увеличение
Астрономите смятат, че са се справили с много аспекти на планетарното формиране. Съгласно техния модел, ядрата на тези масивни планети трябва да бъдат изтеглени навътре от родителската им звезда само за 100 000 години - няма почти достатъчно време, за да се оформи в стабилна орбита. Възможно е първите поколения планети никога да не преминат през фазата на „буца“, преди да бъдат унищожени. Само по-късните поколения всъщност оцеляват достатъчно дълго, за да станат планети.
Двама британски астрономи, Пол Кресуел и Ричард Нелсън, представят нови числени симулации в рамките на предизвикателните изследвания на формирането на планетарната система. Те откриват, че в ранните етапи на планетарното формиране гигантските протопланети мигрират навътре в заключителна стъпка в централната звезда. Резултатите им скоро ще бъдат публикувани в Astronomy & Astrophysics.
В статия, която ще бъде публикувана в Astronomy & Astrophysics, двама британски астрономи представят нови числени симулации за това как се формират планетарните системи. Те откриват, че в ранните етапи на планетарното формиране гигантските протопланети мигрират навътре в заключителна стъпка в централната звезда.
Настоящата картина на това как се формират планетарните системи е следната: i) прахови зърна се коагулират, за да образуват планесимали с диаметър до 1 км; ii) ускореният растеж на планетесималите води до образуването на ~ 100? Планетарни ембриони с размер 1000 км; iii) тези ембриони растат по "олигархичен" начин, където няколко големи тела доминират в процеса на формиране и акретират околните и много по-малки пластемасими. Тези „олигарси“ образуват земни планети в близост до централната звезда и планетарните ядра на десет земни маси в района на гигантските планети отвъд 3 астрономически единици (AU).
Тези теории обаче не успяват да опишат формирането на газови гигантски планети по задоволителен начин. Гравитационното взаимодействие между газообразния протопланетен диск и масивните планетарни ядра ги кара да се движат бързо навътре за около 100 000 години в това, което наричаме „миграция“ на планетата в диска. Прогнозирането на тази бърза вътрешна миграция на гигантските протопланети е основен проблем, тъй като този времеви диапазон е много по-кратък от времето, необходимо за газ за аккретиране на формиращата гигантска планета. Теориите прогнозират, че гигантските протопланети ще се слеят в централната звезда, преди планетите да имат време да се формират. Това прави много трудно да се разбере как изобщо могат да се формират.
За първи път Пол Кресуел и Ричард Нелсън разгледаха какво се случва с клъстер от формиращи планети, вградени в газообразен протопланетен диск. Предишните цифрови модели са включили в диск само една или две планети. Но нашата собствена слънчева система и над 10% от известните извънсоларни планетарни системи са системи с много планети. Очаква се броят на такива системи да се увеличи с подобряването на техниките на наблюдение на екстрасоларните системи. Работата на Кресуел и Нелсън е за първи път числените симулации са включили такъв голям брой протопланети, като по този начин се вземат предвид гравитационното взаимодействие между протопланетите и диска и сред самите протопланети.
Основната мотивация за тяхната работа е да изследват орбитите на протопланетите и дали някои планети биха могли да оцелеят в диска за продължителни периоди от време. Техните симулации показват, че в много малко случаи (около 2%) самотна протопланета се изхвърля далеч от централната звезда, като по този начин удължава живота си. Но в повечето случаи (98%) много от протопланетите са хванати в поредица от орбитални резонанси и мигрират навътре в заключване, понякога дори се сливат с централната звезда.
По този начин Кресуел и Нелсън твърдят, че гравитационните взаимодействия в роя протопланети, вградени в диск, не могат да спрат вътрешната миграция на протопланетите. Проблемът с миграцията остава и изисква повече проучване, въпреки че астрономите предлагат няколко възможни решения. Може да се окаже, че няколко поколения планети се формират и че само тези, които се образуват като диска се разсейва, оцеляват в процеса на формиране. Това може да затрудни формирането на газови гиганти, тъй като дискът е изчерпан от материала, от който се образуват газови гигантски планети. (Образуването на газови гиганти все още може да е възможно, ако достатъчно количество газ се намира извън орбитите на планетите, тъй като новият материал може да се измести навътре, за да бъде натрупан от формиращата се планета). Друго решение може да е свързано с физическите свойства на протопланетарния диск. В своите симулации астрономите предположиха, че протопланетарният диск е гладък и не турбулентен, но разбира се това може да не е така. Големите части на диска могат да бъдат по-бурни (вследствие на нестабилности, причинени от магнитни полета), което може да предотврати миграцията навътре за дълги периоди от време.
Тази работа се присъединява към други изследвания на формирането на планетарната система, които в момента се извършват от европейска мрежа от учени. Нашият възглед за това как формата на планетите драстично се промени през последните няколко години, тъй като броят на новооткритите планетарни системи се увеличи. Разбирането на формирането на гигантски планети в момента е едно от основните предизвикателства пред астрономите.
Оригинален източник: Астрономия и астрофизика
