Νέο μοντέλο αστροφυσικών αποκαλύπτει πώς σχηματίζονται πλανήτες με ταχύτητα

Το ηλιακό μας σύστημα αποτελεί την κοντινότερη κοσμική μας γειτονιά. Το έχουμε εξερευνήσει αρκετά: ο Ήλιος δεσπόζει στο κέντρο του, περιτριγυρισμένος από τους βραχώδεις πλανήτες Ερμή, Αφροδίτη, Γη και Άρη. Μετά, συναντάμε τη ζώνη των αστεροειδών, και ακολουθούν οι αέριοι γίγαντες Δίας και Κρόνος, καθώς και οι παγωμένοι γίγαντες Ουρανός και Ποσειδώνας. Στο απώτερο τμήμα, βρίσκεται η ζώνη του Κάιπερ, γεμάτη με κομήτες.

Αλλά πόσο καλά το γνωρίζουμε στ’ αλήθεια; Οι επικρατούσες θεωρίες υποστηρίζουν ότι οι γίγαντες πλανήτες σχηματίζονται μέσω συγκρούσεων και συσσωρεύσεων μικρών αστροειδών σωμάτων, γνωστών ως πλανητοειδή, ενώ στη συνέχεια προσελκύουν αέριο από το περιβάλλον τους μέσα σε εκατομμύρια χρόνια. Παρ’ όλα αυτά, αυτά τα μοντέλα δεν καταφέρνουν να εξηγήσουν την ύπαρξη αέριων γιγάντων σε μεγάλη απόσταση από τα άστρα τους ή τον σχηματισμό πλανητών όπως ο Ουρανός και ο Ποσειδώνας.

Αστροφυσικοί από το LMU, το ORIGINS cluster και το MPS έχουν αναπτύξει το πρώτο μοντέλο που ενσωματώνει όλες τις απαραίτητες φυσικές διαδικασίες που παίζουν ρόλο στον σχηματισμό πλανητών. Χρησιμοποιώντας αυτό το μοντέλο, έδειξαν ότι οι δακτυλιοειδείς διαταραχές στους προπλανητικούς δίσκους, οι λεγόμενες υποδομές, μπορούν να ενεργοποιήσουν τον ταχύ σχηματισμό πολλαπλών αέριων γιγάντων.

Τα αποτελέσματα της μελέτης συμβαδίζουν με τις τελευταίες παρατηρήσεις και υποδεικνύουν ότι ο σχηματισμός γιγάντων πλανητών μπορεί να συμβεί πιο αποδοτικά και γρήγορα από ό,τι πιστεύαμε μέχρι τώρα. Η έρευνα δημοσιεύεται στο περιοδικό Astronomy & Astrophysics.

Με το μοντέλο τους, οι ερευνητές δείχνουν πώς σωματίδια σκόνης με μέγεθος χιλιοστού συσσωρεύονται αεροδυναμικά στον ταραγμένο αέριο δίσκο και πώς αυτή η αρχική διαταραχή στον δίσκο παγιδεύει τη σκόνη και εμποδίζει τη διαφυγή της προς το άστρο. Αυτή η συσσώρευση καθιστά τον σχηματισμό πλανητών πολύ αποδοτικό, καθώς ξαφνικά γίνεται διαθέσιμο πολύ “οικοδομικό υλικό” σε μια συμπαγή περιοχή και οι κατάλληλες συνθήκες για τον σχηματισμό πλανητών είναι παρούσες.

Όταν ένας πλανήτης γίνει αρκετά μεγάλος ώστε να επηρεάσει τον αέριο δίσκο, αυτό οδηγεί σε ανανέωση του εμπλουτισμού της σκόνης πιο μακριά στον δίσκο, εξηγεί ο Til Birnstiel, Καθηγητής Θεωρητικής Αστροφυσικής στο LMU και μέλος του ORIGINS Cluster of Excellence. Σε αυτή τη διαδικασία, ο πλανήτης οδηγεί τη σκόνη – σαν τσοπανόσκυλο που κυνηγά το κοπάδι του – στην περιοχή έξω από την τροχιά του.

Η διαδικασία ξεκινά ξανά, από μέσα προς τα έξω, και μπορεί να σχηματιστεί ένας ακόμα γίγαντας πλανήτης. “Αυτή είναι η πρώτη φορά που μια προσομοίωση παρακολουθεί τη διαδικασία με την οποία η λεπτή σκόνη εξελίσσεται σε γιγάντες πλανήτες”, παρατηρεί ο Tommy Chi Ho Lau, κύριος συγγραφέας της μελέτης και υποψήφιος διδάκτορας στο LMU.

Ποικιλία Αέριων Γιγάντων στο Ηλιακό μας Σύστημα και Άλλα Πλανητικά Συστήματα

Στο ηλιακό μας σύστημα, οι αέριοι γίγαντες βρίσκονται σε απόσταση περίπου 5 αστρονομικών μονάδων (au) (Δίας) έως 30 au (Ποσειδώνας) από τον Ήλιο. Για σύγκριση, η Γη απέχει περίπου 150 εκατομμύρια χιλιόμετρα από τον Ήλιο, που ισοδυναμεί με 1 au.

Η μελέτη δείχνει ότι σε άλλα πλανητικά συστήματα, μια διαταραχή θα μπορούσε να ξεκινήσει τη διαδικασία σε πολύ μεγαλύτερες αποστάσεις και να συμβεί πολύ γρήγορα. Τέτοια συστήματα έχουν παρατηρηθεί συχνά τα τελευταία χρόνια από το ραδιοτηλεσκόπιο ALMA, το οποίο έχει βρει αέριους γίγαντες σε νεαρούς δίσκους σε απόσταση πέραν των 200 au. Ωστόσο, το μοντέλο εξηγεί επίσης γιατί το ηλιακό μας σύστημα σταμάτησε να σχηματίζει επιπλέον πλανήτες μετά τον Ποσειδώνα: το οικοδομικό υλικό απλά εξαντλήθηκε.

Τα αποτελέσματα της μελέτης συμφωνούν με τις τρέχουσες παρατηρήσεις νεαρών πλανητικών συστημάτων που έχουν έντονες υποδομές στους δίσκους τους. Αυτές οι υποδομές παίζουν αποφασιστικό ρόλο στον σχηματισμό πλανητών. Η μελέτη δείχνει ότι ο σχηματισμός γιγάντων πλανητών και αέριων γιγάντων προχωρά με μεγαλύτερη αποδοτικότητα και ταχύτητα από ό,τι υποτίθεται προηγουμένως.

Αυτές οι νέες γνώσεις θα μπορούσαν να βελτιώσουν την κατανόησή μας για την προέλευση και την ανάπτυξη των γιγάντων πλανητών στο ηλιακό μας σύστημα και να εξηγήσουν την ποικιλία των παρατηρούμενων πλανητικών συστημάτων. με διαφορετικο λογια