Вчені довели, що ядро Юпітера утворилося не внаслідок космічної катастрофи

Дослідження з використанням суперкомп’ютерного моделювання спростувало гіпотезу про те, що розріджене ядро Юпітера утворилося внаслідок катастрофічного зіткнення на ранніх етапах формування планети.

Космічний апарат NASA Juno з 2016 року досліджує внутрішню структуру Юпітера і виявив незвичайну особливість — замість чіткого кам’янистого ядра, оточеного шарами водню та гелію, планета має розріджене ядро. У цій області щільні матеріали поступово змішуються з легкими газами, утворюючи плавний перехід без різких меж між компонентами.

Аналогічну структуру згодом знайшли й у Сатурна, що посилило інтерес науковців до механізмів формування таких ядер. Однією з провідних теорій було припущення про катастрофічне зіткнення Юпітера з великим космічним тілом на ранньому етапі існування планети. Згідно з цією гіпотезою, потужний удар мав перемішати важкі елементи з воднево-гелієвими шарами, створивши розмиту внутрішню структуру.

Команда дослідників з Даремського університету спільно з NASA, SETI та Університетом Осло провела серію комп’ютерних симуляцій на суперкомп’ютері DiRAC COSMA для перевірки гіпотези зіткнення. Науковці протестували різні сценарії ударів, включаючи надзвичайно потужні зіткнення з об’єктами масою до 10 земних мас.

Результати моделювання виявилися несподіваними. Жодна симуляція не показала формування стабільного розрідженого ядра після зіткнення. Навпаки, щільні матеріали швидко осідали вниз під дією гравітації, знову створюючи чіткий поділ між твердим ядром і газовою оболонкою планети.

Дослідження, опубліковане в Month­ly Notices of the Roy­al Astro­nom­i­cal Soci­ety, вказує на інший механізм формування розрідженого ядра. Науковці дійшли висновку, що незвичайна структура Юпітера виникла через поступове зростання планети, коли вона повільно акумулювала як легкі, так і важкі матеріали протягом мільйонів років.

У процесі формування Юпітер одночасно захоплював кам’янисті і льодяні тіла разом з газом і пилом з протопланетного диска. Це призвело до поступового перемішування матеріалів різної щільності без створення чітких меж між ними. Подібна структура Сатурна підтверджує цю теорію, оскільки обидві планети формувалися в схожих умовах.

Висновки мають значення для розуміння екзопланет. Якщо розріджені ядра утворюються природно внаслідок тривалого накопичення речовини, більшість газових гігантів за межами Сонячної системи можуть мати аналогічні складні внутрішні структури. Це важливо для моделювання процесів планетоутворення в інших зоряних системах.

Дослідження також підкреслює обмеженість впливу катастрофічних зіткнень на формування планет-гігантів. Хоча такі події відігравали роль у космічній історії, вони не є основним фактором, що визначає внутрішню будову найбільших планет.