Indvandring af en gruppe protoplaneter, hvor de er repræsenteret af hvide cirkler. Billedkredit: QMUL Klik for større billede
Astronomer tror, de har fået et greb om mange aspekter af planetarisk dannelse. I henhold til deres model skulle kerne på disse massive planeter trækkes indad af deres modersstjerne på kun 100.000 år - ikke næsten nok tid til at forme sig til en stabil bane. Det kan være, at de første generationer af planeter aldrig kommer forbi "klump" -stadiet, før de er ødelagt. Det er kun de senere generationer, der faktisk overlever længe nok til at blive planeter.
To britiske astronomer, Paul Cresswell og Richard Nelson præsenterer nye numeriske simuleringer inden for rammerne af de udfordrende studier af dannelse af planetarisk system. De finder ud af, at i de tidlige stadier af planetdannelse vandrer kæmpe protoplaneter indad i låsetrin ind i den centrale stjerne. Deres resultater vil snart blive offentliggjort i Astronomy & Astrophysics.
I en artikel, der skal offentliggøres i Astronomy & Astrophysics, præsenterer to britiske astronomer nye numeriske simuleringer af, hvordan planetariske systemer dannes. De finder ud af, at i de tidlige stadier af planetdannelse vandrer kæmpe protoplaneter indad i låsetrin ind i den centrale stjerne.
Det aktuelle billede af, hvordan planetariske systemer dannes, er som følger: i) støvkorn koagulerer for at danne planetesimaler på op til 1 km i diameter; ii) den løbende vækst af planetesimaler fører til dannelsen af ~ 100? 1000 km store planetembryoer; iii) disse embryoner vokser på en "oligarkisk" måde, hvor nogle få store kroppe dominerer dannelsesprocessen og akkrediterer de omgivende og meget mindre planetesimaler. Disse "oligarker" danner terrestriske planeter nær den centrale stjerne og planetariske kerner af ti terrestriske masser i den gigantiske planetregion ud over 3 astronomiske enheder (AU).
Disse teorier beskriver imidlertid ikke dannelsen af gasgigantplaneter på en tilfredsstillende måde. Gravitationsinteraktion mellem den gasformige, protoplanetære disk og de massive planetariske kerner får dem til at bevæge sig hurtigt indad i løbet af omkring 100.000 år i det, vi kalder ”migrationen” af planeten på disken. Forudsigelsen af denne hurtige indvandring af gigantiske protoplaneter er et stort problem, da denne tidsplan er meget kortere end den tid, der kræves til gas til at akkredere sig på den dannende gigantiske planet. Teorier forudsiger, at de gigantiske protoplaneter vil smelte sammen i den centrale stjerne, før planeter har tid til at dannes. Dette gør det meget vanskeligt at forstå, hvordan de overhovedet kan danne sig.
For første gang undersøgte Paul Cresswell og Richard Nelson, hvad der sker med en klynge af formende planeter indlejret i en gasformig protoplanetær disk. Tidligere numeriske modeller har kun inkluderet en eller to planeter på en disk. Men vores eget solsystem, og over 10% af de kendte ekstrasolære planetariske systemer, er flere planeter. Antallet af sådanne systemer forventes at stige, efterhånden som observations-teknikkerne for ekstrasolære systemer forbedres. Cresswell og Nelsons arbejde er første gang, numeriske simuleringer har inkluderet et så stort antal protoplaneter, hvorved der tages hensyn til gravitationsinteraktionen mellem protoplaneterne og disken og blandt protoplaneterne selv.
Den primære motivation for deres arbejde er at undersøge bane fra protoplaneter, og om nogle planeter kunne overleve på disken i længere tid. Deres simuleringer viser, at i meget få tilfælde (ca. 2%) udsættes en ensidig protoplanet langt fra den centrale stjerne, hvilket forlænger levetiden. Men i de fleste tilfælde (98%) er mange af protoplaneterne fanget i en række orbitalresonanser og vandrer indad i låsepunktet, nogle gange endda sammen med den centrale stjerne.
Cresswell og Nelson hævder således, at gravitationsinteraktioner inden for en sverm af protoplaneter indlejret i en disk ikke kan stoppe protoplanetenes indvandring. "Problemet" med migration forbliver og kræver mere undersøgelse, skønt astronomerne foreslår flere mulige løsninger. Det kan være, at der dannes flere generationer af planeter, og at kun dem, der dannes, når disken spreder sig, overlever dannelsesprocessen. Dette kan gøre det sværere at danne gasgiganter, da disken er udtømt for det materiale, hvor gasgigantplaneter dannes. (Gasgigantdannelse kan dog stadig være mulig, hvis der er nok gas uden for planeternes bane, da nyt materiale kan feje indad for at blive hævet af den dannende planet). En anden løsning kan være relateret til de fysiske egenskaber ved den protoplanetære disk. I deres simuleringer antog astronomerne, at den protoplanetære disk er glat og ikke-turbulent, men dette er selvfølgelig muligvis ikke tilfældet. Store dele af disken kan være mere turbulent (som en konsekvens af ustabiliteter forårsaget af magnetiske felter), hvilket kan forhindre indvandring over lang tid.
Dette arbejde slutter sig til andre studier af dannelse af planetarisk system, der i øjeblikket udføres af et europæisk netværk af forskere. Vores syn på, hvordan planeter form har ændret sig drastisk i de sidste par år, efterhånden som antallet af nyligt opdagede planetariske systemer er steget. At forstå dannelsen af gigantiske planeter er i øjeblikket en af de største udfordringer for astronomer.
Original kilde: Astronomy & Astrophysics
