Исследователи в ходе моделирования показали, что молодые планеты, вопреки ранее существовавшим представлениям, могут быть не сферическими, когда они очень молоды. На ранних стадиях формирования они, скорее всего, имеют сплюснутую форму, что позволяет пересмотреть наши представления об эволюции планетарных тел.
Традиционно считается, что планеты формируются в соответствии с теорией аккреции ядра — процесса, в котором частицы космической пыли медленно собираются и слипаются вместе, образуя более крупные тела. Согласно этой точке зрения, со временем эти агрегаты материи притягивают к себе еще больше материи, постепенно разрастаясь, пока не превращаются в планеты. В этой модели подчеркивается постепенное и систематическое наращивание массы, начиная с крошечных зерен и заканчивая конечной планетарной массой.
Однако новое исследование, проведенное под руководством Университета Центрального Ланкашира, предлагает другую точку зрения, основанную на «теории нестабильности диска». Исследование, размещенное на сайте arXiv и ожидающее публикации в журнале Astronomy & Astrophysics Letters, предполагает, что молодые планеты могут иметь сплюснутую форму, вместо предполагаемой сферической.
Это открытие, основанное на передовом компьютерном моделировании, предлагает новую модель для объяснения формирования газовых гигантов и может повлиять на наше понимание механизмов, лежащих в основе происхождения планетарных систем.
Команда из Института математики, физики и астрономии имени Джеремайи Хоррокса UCLan использовала компьютерные симуляции для моделирования формирования планет в соответствии с теорией дисковой нестабильности, предполагающей, что протопланеты формируются в короткие сроки в результате разрыва больших вращающихся дисков плотного газа, вращающихся вокруг молодых звезд.
Применяя этот подход, команда определила свойства планет, сравнила их с наблюдениями и изучила механизм формирования планет-гигантов. Исследователи сосредоточились на изучении формы молодых планет и того, как они могут стать крупными планетами-гигантами, даже больше Юпитера. Они также изучили свойства планет, которые формируются в различных физических условиях, таких как температура окружающей среды и плотность газа.
При вращении эти диски подвергаются гравитационным неустойчивостям, которые приводят к их фрагментации и, как следствие, к образованию протопланет с увеличенной формой на экваторе. Это открытие имеет глубокие последствия для нашего понимания планетарной космогонии. До сих пор теория аккреции ядра была широко принята для описания происхождения планет, включая газовые гиганты, такие как Юпитер.
Доктор Димитрис Стамателлос, соавтор исследования, сказал в пресс-релизе: «Мы уже давно изучаем формирование планет, но никогда раньше не задумывались о том, чтобы проверить форму планет в процессе их рождения в симуляторах. Мы всегда предполагали, что они сферические».
Компьютерное моделирование формирования планет в протозвездном диске.
Каковы будут последствия для нашего понимания Вселенной?
Наблюдательное подтверждение сплюснутой формы молодых планет может дать ответ на важнейший вопрос о том, как формируются планеты, указывая на модель нестабильности диска, которая в настоящее время является менее предпочтительной, чем стандартная теория формирования путем аккреции ядра.
Эта неожиданная морфологическая особенность дает ключ к объяснению загадок, связанных с гигантскими экзопланетами, расположенными на значительных расстояниях от звезды-хозяина. Теория аккреции не может объяснить, как такие планеты могут получить достаточно материи для достижения своих огромных размеров в отдаленных регионах, где материалы, необходимые для их роста, менее изобильны. Исследователи также обнаружили, что новые планеты развиваются по мере того, как материя движется к ним, в основном с их полюсов, а не с экватора.
Это подчеркивает важность угловых наблюдений при изучении протопланет. Форма молодой планеты может кардинально повлиять на ее внешний вид и измерения ее свойств, таких как светимость или спектр, в зависимости от угла, под которым она наблюдается. Протопланета, наблюдаемая сбоку, имеет широкий силуэт, в то время как та же планета, наблюдаемая с полюса, кажется более круглой. Эта изменчивость создает проблемы и возможности для астрономов, которые теперь должны учитывать пространственную ориентацию небесных объектов при интерпретации данных.
Смоделированная молодая планета вид сверху (слева) и сбоку (справа).
Чтобы продвинуть эти открытия дальше, ученые разрабатывают более точные компьютерные симуляции. Они хотят увидеть, как окружающая среда влияет на форму планет, и проанализировать их химический состав. Это исследование прокладывает путь к будущим наблюдениям с помощью телескопа «Джеймс Уэбб».
