Notranja migracija skupine protoplanetov, kjer jih predstavljajo beli krogi. Kreditna slika: QMUL Klikni za povečavo
Astronomi mislijo, da se spopadajo s številnimi vidiki planetarne tvorbe. Po njihovem modelu bi morala jedra teh masivnih planetov matična zvezda potegniti navznoter v samo 100.000 letih - niti približno premalo časa, da bi se oblikovalo v stabilno orbito. Mogoče je, da prve generacije planetov nikoli ne prestopijo "okorne" faze, preden jih uničijo. Le poznejše generacije dejansko preživijo dovolj dolgo, da postanejo planeti.
Dva britanska astronoma Paul Cresswell in Richard Nelson predstavljata nove numerične simulacije v okviru zahtevnih študij oblikovanja planetarnih sistemov. Ugotavljajo, da se v zgodnjih fazah planetarne tvorbe velikanski protoplaneti naravnost selijo navznoter v osrednjo zvezdo. Njihovi rezultati bodo kmalu objavljeni v Astronomy & Astrophysics.
V članku, ki bo objavljen v Astronomy & Astrophysics, dva britanska astronoma predstavljata nove številčne simulacije oblikovanja planetarnih sistemov. Ugotavljajo, da se v zgodnjih fazah planetarne tvorbe velikanski protoplaneti naravnost selijo navznoter v osrednjo zvezdo.
Trenutna slika, kako se oblikujejo planetarni sistemi, je naslednja: i) zrn prahu se strdi, tako da tvori planetesimal premera do 1 km; ii) bežna rast planetesimal privede do nastanka ~ 100? Planetarnih zarodkov, velikih 1000 km; iii) ti zarodki rastejo na "oligarhični" način, kjer nekaj velikih teles prevladuje v procesu tvorbe in prirejajo okoliške in veliko manjše platesimale. Ti "oligarhi" tvorijo zemeljske planete v bližini osrednje zvezde in planetarnih jeder desetih kopenskih mas v regiji velikanskih planetov, ki presega 3 astronomske enote (AU).
Vendar te teorije ne opisujejo nastanka plinov velikanskih planetov na zadovoljiv način. Gravitacijsko medsebojno delovanje med plinovitim protoplanetarnim diskom in masivnimi planetarnimi jedri povzroči, da se v približno 100.000 letih hitro pomaknejo navznoter, kar v disku imenujemo "migracija" planeta. Napoved te hitre notranje selitve velikanskih protoplanetov je velika težava, saj je ta časovni razpon veliko krajši od časa, potrebnega, da se plin prikliče na oblikovalni velikanski planet. Teorije napovedujejo, da se bodo velikanski protoplaneti združili v osrednjo zvezdo, preden bodo planeti imeli čas, da se oblikujejo. Zaradi tega je zelo težko razumeti, kako se sploh lahko oblikujejo.
Paul Cresswell in Richard Nelson sta prvič pregledala, kaj se dogaja z gručo izoblikovalnih planetov, vgrajenih v plinasti protoplanetarni disk. Prejšnji numerični modeli so na disk vključili le enega ali dva planeta. Toda naš lastni osončje in več kot 10% znanih ekstrasolarnih planetarnih sistemov so sistemi z več planeti. Z izboljšanjem tehnik opazovanja ekstrasolarnih sistemov naj bi se število takih sistemov povečalo. Cresswell-ovo in Nelson-ovo delo je prvič, da so numerične simulacije vključile tako veliko protoplanetov in tako upoštevale gravitacijsko interakcijo med protoplaneti in diskom ter med samimi protoplaneti.
Primarna motivacija njihovega dela je preučiti orbite protoplanetov in ali bi lahko nekateri planeti preživeli na disku dalj časa. Njihove simulacije kažejo, da se v zelo malo primerih (približno 2%) osamljeni protoplanet odvrže daleč od osrednje zvezde in tako podaljša njegovo življenjsko dobo. Toda v večini primerov (98%) se številni protoplaneti ujamejo v niz orbitalnih resonanc in se selijo navznoter v ključavnico, včasih se celo združijo z osrednjo zvezdo.
Cresswell in Nelson zato trdita, da gravitacijska interakcija znotraj roja protoplanetov, vgrajenih v disk, ne more zaustaviti migracije protoplanetov navznoter. "Problem" migracije ostaja in zahteva več raziskav, čeprav astronomi predlagajo več možnih rešitev. Mogoče je, da več generacij planetov tvori in da samo proces, ki se tvori kot diska, razpade. To lahko oteži oblikovanje plinskih velikanov, saj je disk izčrpan iz materiala, iz katerega tvorijo plinske orjaške planete. (Če je dovolj plina zunaj orbitov planeta, je morda še vedno mogoče tvoriti plinske orjake, saj se lahko novi material pomakne navznoter, da ga nabere planet, ki nastaja). Druga rešitev je lahko povezana s fizikalnimi lastnostmi protoplanetarnega diska. V svojih simulacijah so astronomi domnevali, da je protoplanetarni disk gladek in ne-turbulenten, seveda pa to morda ne bi bilo tako. Veliki deli diska bi lahko bili bolj burni (kar je posledica nestabilnosti, ki jih povzročajo magnetna polja), kar lahko prepreči migracijo navznoter v daljšem časovnem obdobju.
To delo se pridružuje drugim raziskavam oblikovanja planetarnih sistemov, ki jih trenutno izvaja evropska mreža znanstvenikov. Naš pogled na to, kako se planeti oblikujejo, se je v zadnjih nekaj letih drastično spremenil, ko se je število na novo odkritih planetarnih sistemov povečalo. Razumevanje nastanka velikanskih planetov je trenutno eden največjih izzivov za astronome.
Izvirni vir: Astronomija in astrofizika
