Unutarnja migracija grupe protoplaneta, na kojoj su predstavljeni bijelim krugovima. Kreditna slika: QMUL Klikni za veću sliku
Astronomi misle da su se snašli u mnogim aspektima planetarne formacije. Prema njihovom modelu, jezgre ovih masivnih planeta njihova matična zvijezda trebala bi uvući prema sebi u samo 100.000 godina - što nije gotovo dovoljno vremena da se formiraju u stabilnu orbitu. Moglo bi se dogoditi da prve generacije planeta nikada ne prođu fazu "trunke" prije nego što su uništene. Samo kasnije generacije opstaju dovoljno dugo da postanu planete.
Dva britanska astronoma, Paul Cresswell i Richard Nelson, predstavili su nove numeričke simulacije u okviru zahtjevnih studija formiranja planetarnog sustava. Otkrivaju da ogromni protoplaneti u ranim fazama planetarne formacije migriraju prema unutra u središnju zvijezdu. Njihovi će rezultati uskoro biti objavljeni u Astronomy & Astrophysics.
U članku koji će biti objavljen u Astronomy & Astrophysics, dva britanska astronoma predstavljaju nove numeričke simulacije kako planetarni sustavi tvore. Otkrivaju da ogromni protoplaneti u ranim fazama planetarne formacije migriraju prema unutra u središnju zvijezdu.
Trenutna slika kako se oblikuju planetarni sustavi je sljedeća: i) zrno prašine zgrušava se u obliku planetesimala promjera do 1 km; ii) ubrzani rast planetesimala dovodi do stvaranja ~ 100? Planetarnih embrija veličine 1000 km; iii) ti embriji rastu na "oligarhijski" način, pri čemu nekoliko velikih tijela dominiraju u procesu formiranja, te stvaraju okolne i mnogo manje planete-životinje. Ti „oligarhi“ tvore zemaljske planete u blizini središnje zvijezde i planetarnih jezgara od deset zemaljskih masa u regiji divovskog planeta izvan 3 astronomske jedinice (AU).
Međutim, ove teorije ne opisuju formiranje planeta divovskih plinova na zadovoljavajući način. Gravitaciona interakcija plinovitog protoplanetarnog diska i masivnih planetarnih jezgara uzrokuje da se oni brzo kreću prema unutra 100 000 godina u onome što nazivamo "migracija" planeta u disku. Predviđanje ove brze unutarnje migracije džinovskih protoplaneta glavni je problem, jer je taj vremenski raspon mnogo kraći od vremena potrebnog da se plin nabaci na planetu divova koja se formira. Teorije predviđaju da će se divovski protoplaneti spojiti u središnju zvijezdu prije nego što planeti imaju vremena za formiranje. Zbog toga je vrlo teško razumjeti kako se uopće mogu formirati.
Paul Cresswell i Richard Nelson su prvi put ispitali što se događa s grozdom formiranja planeta ugrađenih u plinovit protoplanetarni disk. Prethodni numerički modeli uključili su u disk samo jednu ili dvije planete. Ali naš solarni sustav i preko 10% poznatih ekstrasolarnih planetarnih sustava su sustavi s više planeta. Očekuje se da će se broj takvih sustava povećavati kako se poboljšavaju promatračke tehnike ekstrasolarnih sustava. Cresswell i Nelsonov rad prvi je put da su numeričke simulacije uključile tako velik broj protoplaneta, uzimajući u obzir gravitacijsku interakciju protoplaneta i diska i među samim protoplanetima.
Primarna motivacija njihovog rada je ispitivanje orbite protoplaneta i mogu li neki planeti preživjeti na disku dulje vrijeme. Njihove simulacije pokazuju da se, u vrlo malom broju slučajeva (oko 2%), usamljeni protoplanet izbacuje daleko od središnje zvijezde, produžujući tako njegov vijek trajanja. No, u većini slučajeva (98%), mnogi protoplaneti zarobljeni su u nizu orbitalnih rezonancija i migriraju prema unutra, ukočenim u stupcu, ponekad čak i spajajući se sa središnjom zvijezdom.
Cresswell i Nelson stoga tvrde da gravitacijske interakcije unutar roja protoplaneta ugrađenih u disk ne mogu zaustaviti unutarnju migraciju protoplaneta. "Problem" migracije ostaje i zahtijeva više istrage, iako astronomi predlažu nekoliko mogućih rješenja. Moglo bi se dogoditi da nekoliko generacija planeta tvori i da samo one koje se formiraju dok se disk raspada preživljavaju proces formiranja. Ovo može otežati stvaranje plinskih divova, jer je disk potrošen od materijala iz kojeg se formiraju planeti plinovi divovi. (Formiranje plinskih divova i dalje je moguće, ako dovoljno plina leži izvan orbite planeta, jer se novi materijal može zavući prema unutra kako bi ga akcertisao planet koji formira). Drugo rješenje može biti povezano s fizičkim svojstvima protoplanetarnog diska. U svojim simulacijama astronomi su pretpostavili da je protoplanetarni disk gladak i ne-turbulentan, ali naravno, to možda nije slučaj. Veliki dijelovi diska mogu biti turbulentniji (kao posljedica nestabilnosti uzrokovanih magnetskim poljem), što može spriječiti migraciju prema unutra kroz dulje vrijeme.
Ovaj se rad pridružuje drugim studijama formiranja planetarnih sustava koje trenutno provodi europska mreža znanstvenika. Naš pogled na to kako se oblik planeta drastično promijenio u posljednjih nekoliko godina, kako se povećao broj novootkrivenih planetarnih sustava. Razumijevanje formiranja divovskih planeta trenutno je jedan od glavnih izazova za astronome.
Izvorni izvor: Astronomija i astrofizika
