Innvandring av en gruppe protoplaneter, der de er representert av hvite sirkler. Bildekreditt: QMUL Klikk for å forstørre
Astronomer tror de har fått tak i mange aspekter av planetarisk dannelse. Etter deres modell skulle kjernene til disse massive planetene bli trukket innover av sin overordnede stjerne på bare 100 000 år - ikke på langt nær nok tid til å forme seg til en stabil bane. Det kan være at de første generasjonene av planeter aldri kommer forbi "klump" -stadiet før de er ødelagt. Det er bare de senere generasjoner som faktisk overlever lenge nok til å bli planeter.
To britiske astronomer, Paul Cresswell og Richard Nelson, presenterer nye numeriske simuleringer i rammen av de utfordrende studiene om dannelse av planetarisk system. De opplever at i de tidlige stadiene av planetdannelse vandrer gigantiske protoplaneter innover i låsetrinn inn til den sentrale stjernen. Resultatene deres vil snart bli publisert i Astronomy & Astrophysics.
I en artikkel som skal publiseres i Astronomy & Astrophysics, presenterer to britiske astronomer nye numeriske simuleringer av hvordan planetariske systemer dannes. De opplever at i de tidlige stadiene av planetdannelse vandrer gigantiske protoplaneter innover i låsetrinn inn til den sentrale stjernen.
Det nåværende bildet av hvordan planetariske systemer dannes er som følger: i) støvkorn koagulerer for å danne planetesimaler på opptil 1 km i diameter; ii) den løpende veksten av planetesim fører til dannelse av ~ 100? 1000 km store planetembryoer; iii) disse embryoene vokser på en "oligarkisk" måte, der noen få store kropper dominerer dannelsesprosessen, og anskaffer de omkringliggende og mye mindre planetesimene. Disse "oligarkene" danner terrestriske planeter nær den sentrale stjernen og planetkjernene til ti landmasser i den gigantiske planetregionen utover 3 astronomiske enheter (AU).
Imidlertid klarer ikke disse teoriene å beskrive dannelsen av gassgigantplaneter på en tilfredsstillende måte. Gravitasjonsinteraksjon mellom den gassformige protoplanetære platen og de massive planetkjernene får dem til å bevege seg raskt innover i løpet av rundt 100.000 år i det vi kaller "migrasjonen" av planeten på platen. Forutsigelsen av denne raske innvandringen av gigantiske protoplaneter er et stort problem, siden denne tidsskalaen er mye kortere enn tiden som trengs for at gass kan samle seg på den dannende gigantiske planeten. Teorier spår at de gigantiske protoplanetene vil slå seg sammen i den sentrale stjernen før planeter har tid til å danne seg. Dette gjør det veldig vanskelig å forstå hvordan de i det hele tatt kan danne seg.
For første gang undersøkte Paul Cresswell og Richard Nelson hva som skjer med en klynge av formende planeter innebygd i en gassformet protoplanetær plate. Tidligere numeriske modeller har bare inkludert en eller to planeter på en plate. Men vårt eget solsystem, og over 10% av de kjente ekstrasolare planetariske systemene, er flere planeter. Antallet slike systemer forventes å øke når observasjonsteknikker for ekstrasolære systemer forbedres. Cresswell og Nelsons arbeid er første gang numeriske simuleringer har inkludert et så stort antall protoplaneter, og tar dermed hensyn til gravitasjonsinteraksjonen mellom protoplanetene og platen, og blant protoplanetene.
Den viktigste motivasjonen for arbeidet deres er å undersøke banene til protoplaneter og om noen planeter kunne overleve på platen i lengre tid. Deres simuleringer viser at i svært få tilfeller (ca. 2%) blir en enslig protoplanet kastet ut langt fra den sentrale stjernen, og forlenger dermed levetiden. Men i de fleste tilfeller (98%), er mange av protoplanetene fanget i en serie orbitalresonanser og vandrer innover i låsetrinn, noen ganger til og med fusjonerer med den sentrale stjernen.
Cresswell og Nelson hevder dermed at gravitasjonsinteraksjoner i en sverm av protoplaneter innebygd i en plate ikke kan stoppe innvandringen av protoplanettene. Migrasjonsproblemet gjenstår og krever mer undersøkelse, selv om astronomene foreslår flere mulige løsninger. Det kan være at flere generasjoner av planeter dannes, og at bare de som dannes når platen dissiperer, overlever dannelsesprosessen. Dette kan gjøre det vanskeligere å danne gassgiganter, ettersom platen tømmes for materialet som gassgigantplaneter dannes fra. (Det kan fremdeles være mulig med gassgigantdannelse, hvis nok gass ligger utenfor planetenes baner, siden nytt materiale kan feie innover for å bli anskaffet av den dannende planeten). En annen løsning kan være relatert til de fysiske egenskapene til den protoplanetære skiven. I simuleringene deres antok astronomene at den protoplanetære platen er glatt og ikke-turbulent, men dette kan selvfølgelig ikke være tilfelle. Store deler av platen kan være mer turbulent (som en konsekvens av ustabilitet forårsaket av magnetfelt), noe som kan forhindre innvandring over lengre tid.
Dette arbeidet blir med i andre studier av dannelse av planetarisk system som for øyeblikket gjøres av et europeisk nettverk av forskere. Vårt syn på hvordan planeter form har endret seg drastisk de siste årene etter hvert som antallet nyoppdagede planetariske systemer har økt. Å forstå dannelsen av gigantiske planeter er for tiden en av de største utfordringene for astronomer.
Originalkilde: Astronomy & Astrophysics
