Вчені розкрили таємницю походження найбільших планет Сонячної системи

Вчені можуть виявити «секретний інгредієнт» для швидкого зростання планет. Це може пояснити, як деякі планети стрімко збільшуються в розмірах у дисках газу і пилу навколо молодих зірок. Наукова модель може бути особливо корисною для розуміння еволюції гігантських планет у Сонячній системі, пише Space.

Хоча вчені добре розуміють, як утворилися та еволюціонували внутрішні планети Сонячної системи, такі як Меркурій, Венера, Земля і Марс, чинна модель зіткнень і накопичення астероїдоподібних тіл, званих планетезималями, та акреції газу протягом мільйонів років залишає багато запитань, особливо щодо утворення газових гігантів Юпітера і Сатурна, а також крижаних гігантів Нептуна і Урану.

Ці гігантські планети здаються занадто віддаленими від Сонця, щоб вирости до таких великих розмірів, особливо це стосується крижаних гігантів. Юпітер знаходиться на відстані в 15 разів більшій, ніж відстань від Землі до Сонця, а Нептун — на відстані в 30 разів більшій.

Щоб допомогти розгадати цю загадку, команда вчених з ORIGINS Excellence Cluster, Інституту дослідження Сонячної системи Макса Планка (MPS) і Мюнхенського університету Людвіга Максиміліана (LMU) розробила нову модель еволюції планет, яка враховує всі фізичні процеси, необхідні для їх формування.

Ця модель вперше простежує процес, у якому дрібний пил перетворюється на гігантські планети. Згідно з нею, порушення в диску газу і пилу навколо молодих зірок, званому протопланетним диском, можуть спричинити швидке утворення кількох газових гігантів.

Отримані результати узгоджуються з останніми спостереженнями молодих екзопланет і можуть свідчити про те, що гігантські планети можуть утворюватися набагато швидше і ефективніше, ніж вважалося раніше.

Матеріал, який залишається в цьому коконі новонародженої зірки, утворює протопланетний диск, з якого виникають планети. Модель команди припускає, що міліметрові частинки пилу накопичуються аеродинамічно в турбулентному протопланетному диску, що перешкоджає їхньому руху до центральної молодої зірки. Це сприяє накопиченню «будівельних блоків» планет у відносно невеликій області диска, що є необхідною умовою для утворення планет.

Коли планета стає достатньо великою, щоб впливати на газовий диск, це призводить до нового збагачення пилом на зовнішніх межах диска. В результаті планета змушує пил, як пастух овець, накопичуватися поза своєю орбітою.

Цей процес міг би пояснити утворення планет на відстані до 200 разів більшій, ніж відстань між Землею та Сонцем, що більше ніж достатньо, щоб пояснити утворення гігантських планет у Сонячній системі близько 4,5 мільярдів років тому.

Модель також вказує на те, що Сонячна система припинила утворення нових планет після Нептуна через вичерпання будівельних блоків для планет.

Результати, отримані за допомогою цієї моделі, узгоджуються зі спостереженнями молодих планетних систем, зробленими за допомогою Великого міліметрово-субміліметрового масиву Атаками (ALMA) у Чилі. Ці дослідження допомагають краще зрозуміти народження та еволюцію гігантів у нашій планетній системі, а також можуть надати підказки щодо різноманітності екзопланет у Чумацькому Шляху.