Теория о том, как образуются планеты, была для ученых загадкой. В то время как астрономы довольно хорошо понимают, откуда происходят планетные системы - то есть протопланетные диски пыли и газа вокруг новых звезд (так называемая «Небулярная теория») - полное понимание того, как эти диски в конечном итоге становятся объектами, достаточно большими, чтобы разрушаться под их собственными силами. гравитация осталась неуловимой.
Но благодаря новому исследованию, проведенному группой исследователей из Франции, Австралии и Великобритании, кажется, что недостающий фрагмент головоломки, возможно, наконец-то был найден. Используя серию симуляций, эти исследователи показали, что «пылеуловители», то есть области, где фрагменты размером с гальку могут собираться и слипаться, достаточно распространены, чтобы учесть образование планетезималей.
Их исследование под названием «Самоиндуцированные пылеуловители: преодоление барьеров формирования планет» появилось недавно в Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества.Во главе с доктором Жаном-Франсуа Гонсалесом из Лионского центра астрофизических исследований (CRAL) во Франции команда исследовала проблемную среднюю стадию формирования планет, которая преследует ученых.
До недавнего времени процесс, с помощью которого протопланетные диски пыли и газа собирались, образуя мелкие объекты, и процесс, с помощью которого планетезимали (объекты диаметром сто метров или более) образуют планетарные ядра, были хорошо поняты. Но процесс, который соединяет эти два - где камешки объединяются, чтобы сформировать планетезимали - остался неизвестным.
Частично проблема заключалась в том, что Солнечная система, которая была нашей единственной системой отсчета на протяжении веков, образовалась миллиарды лет назад. Но благодаря недавним открытиям (3453 подтвержденных экзопланет и их подсчет) у астрономов появилось много возможностей для изучения других систем, которые находятся на разных стадиях формирования. Как объяснил доктор Гонсалес в пресс-релизе Королевского астрономического общества:
«До сих пор мы изо всех сил пытались объяснить, как камешки могут объединяться в планеты, и тем не менее мы теперь обнаружили огромное количество планет на орбите вокруг других звезд. Это заставило нас задуматься о том, как разгадать эту тайну ».
В прошлом астрономы считали, что «пылевые ловушки», которые являются неотъемлемой частью формирования планет, могут существовать только в определенных условиях. В этих областях высокого давления крупные частицы пыли замедляются до точки, где они могут собраться вместе. Эти регионы чрезвычайно важны, так как они противодействуют двум основным препятствиям для формирования планет, которые представляют собой лобовое сопротивление и высокоскоростные столкновения.
Перетаскивание вызвано тем, что газ оказывает влияние на пылинки, что приводит к их замедлению и, в конечном итоге, дрейфу в центральную звезду (где они потребляются). Что касается высокоскоростных столкновений, это то, что заставляет крупные камешки врезаться друг в друга и распадаться, что приводит к обратному процессу агрегации. Следовательно, пылеуловители необходимы для того, чтобы частицы пыли замедлялись настолько, чтобы они не уничтожали друг друга при столкновении.
Чтобы увидеть, насколько распространены эти пылеуловители, доктор Гонсалес и его коллеги провели серию компьютерных симуляций, в которых учитывалось, как пыль в протопланетном диске может оказывать сопротивление газовому компоненту - процесс, известный как «обратная реакция аэродинамического сопротивления». ». В то время как газ обычно оказывает сдерживающее влияние на частицы пыли, особенно в пыльных кольцах, может быть и обратное.
До недавнего времени астрономы в значительной степени игнорировали этот эффект, поскольку его, как правило, ничтожно мало. Но, как отметили специалисты, это важный фактор для протопланетных дисков, которые известны своей невероятно запыленной средой. В этом сценарии эффект обратной реакции заключается в замедлении движущихся внутрь частиц пыли и выталкивании газа наружу, где он образует области высокого давления, то есть «пылеуловители».
Как только они учли эти эффекты, их моделирование показало, как планеты формируются в три основных этапа. На первом этапе частицы пыли увеличиваются в размерах и движутся внутрь к центральной звезде. Во-вторых, крупное зерно размером с гальку теперь накапливается и замедляется. На третьей и последней стадии газ выталкивается наружу в результате обратной реакции, создавая области пылеуловителя, где он накапливается.
Эти ловушки затем позволяют гальке собираться, образуя планетезимали и, в конечном итоге, планеты размером с планету. Благодаря этой модели астрономы теперь имеют четкое представление о том, как планетарное образование переходит от пыльных дисков к планетезималам, объединяющимся. В дополнение к решению ключевого вопроса о том, как возникла Солнечная система, такого рода исследования могут оказаться жизненно важными для изучения экзопланет.
Наземные и космические обсерватории уже отметили наличие темных и светлых колец, которые образуются в протопланетных дисках вокруг далеких звезд - которые, как полагают, являются пылеуловителями. Эти системы могут дать астрономам возможность протестировать эту новую модель, поскольку они наблюдают, как планеты медленно собираются вместе. Гонсалес указал:
«Мы были взволнованы, обнаружив, что при наличии правильных ингредиентов пылеуловители могут образовываться самопроизвольно в самых разных средах. Это простое и надежное решение давней проблемы формирования планет ».
