Внутренняя миграция группы протопланет, где они представлены белыми кружками. Изображение предоставлено: QMUL Нажмите для увеличения
Астрономы думают, что они разбираются во многих аспектах формирования планет. Согласно их модели, ядра этих массивных планет должны быть обращены внутрь их родительской звездой всего за 100 000 лет - не достаточно времени, чтобы сформироваться на устойчивую орбиту. Вполне возможно, что первые поколения планет никогда не пройдут стадию «скопления», прежде чем они будут уничтожены. Только поздние поколения действительно выживают достаточно долго, чтобы стать планетами.
Два британских астронома, Пол Крессвелл и Ричард Нельсон, представляют новые численные модели в рамках сложных исследований формирования планетных систем. Они обнаруживают, что на ранних стадиях формирования планет гигантские протопланеты мигрируют внутрь в ступеньках к центральной звезде. Их результаты скоро будут опубликованы в Астрономии и Астрофизике.
В статье, которая будет опубликована в «Астрономии и астрофизике», два британских астронома представляют новые численные модели формирования планетных систем. Они обнаруживают, что на ранних стадиях формирования планет гигантские протопланеты мигрируют внутрь в ступеньках к центральной звезде.
В настоящее время картина формирования планетных систем выглядит следующим образом: i) пылинки коагулируют, образуя планетезимали диаметром до 1 км; ii) безудержный рост планетезималей приводит к образованию ~ 100? Планетарные эмбрионы размером 1000 км; iii) эти зародыши растут «олигархическим» образом, где несколько крупных тел доминируют в процессе формирования и аккрецируют окружающие и намного меньшие планетезимали. Эти «олигархи» образуют земные планеты вблизи центральной звезды и планетные ядра десяти земных масс в области планет-гигантов за пределами 3 астрономических единиц (AU).
Однако эти теории не могут удовлетворительно описать формирование планет газовых гигантов. Гравитационное взаимодействие между газообразным протопланетарным диском и массивными планетарными ядрами заставляет их быстро двигаться внутрь в течение примерно 100 000 лет, что мы называем «миграцией» планеты в диске. Предсказание этой быстрой внутренней миграции гигантских протопланет является серьезной проблемой, поскольку этот временной масштаб намного короче, чем время, необходимое для аккреции газа на формирующуюся гигантскую планету. Теории предсказывают, что гигантские протопланеты сольются в центральную звезду прежде, чем планеты успеют сформироваться. Это очень затрудняет понимание того, как они вообще могут образовываться.
Пол Крессвелл и Ричард Нельсон впервые исследовали, что происходит с кластером образующихся планет, встроенным в газообразный протопланетный диск. Предыдущие численные модели включали только одну или две планеты в диск. Но наша собственная солнечная система и более 10% известных внесолнечных планетных систем являются многопланетными системами. Ожидается, что число таких систем будет увеличиваться по мере совершенствования методов наблюдения внесолнечных систем. Работа Крессвелла и Нельсона - это первый раз, когда численное моделирование включало в себя такое большое количество протопланет, принимая во внимание гравитационное взаимодействие между протопланетами и диском, а также между самими протопланетами.
Основная мотивация их работы - изучить орбиты протопланет и определить, могут ли некоторые планеты выживать на диске в течение продолжительных периодов времени. Их моделирование показывает, что в очень немногих случаях (около 2%) одиночная протопланета выбрасывается вдали от центральной звезды, таким образом продлевая срок ее службы. Но в большинстве случаев (98%) многие протопланеты оказываются в ловушке ряда орбитальных резонансов и мигрируют внутрь в шаге, иногда даже сливаясь с центральной звездой.
Крессвелл и Нельсон, таким образом, утверждают, что гравитационные взаимодействия внутри скопления протопланет, встроенных в диск, не могут остановить внутреннюю миграцию протопланет. «Проблема» миграции остается и требует дальнейшего изучения, хотя астрономы предлагают несколько возможных решений. Можно предположить, что формируется несколько поколений планет и что только те, которые образуются при рассеивании диска, выживают в процессе формирования. Это может затруднить формирование газовых гигантов, так как диск обеднен материалом, из которого формируются газовые гиганты. (Формирование газового гиганта все еще возможно, хотя, если достаточное количество газа находится за пределами орбит планет, поскольку новый материал может проноситься внутрь, чтобы аккрецироваться формирующейся планетой). Другое решение может быть связано с физическими свойствами протопланетного диска. В своих симуляциях астрономы предполагали, что протопланетный диск гладкий и не турбулентный, но, конечно, это может быть не так. Большие части диска могут быть более турбулентными (вследствие нестабильности, вызванной магнитными полями), что может препятствовать внутренней миграции в течение длительных периодов времени.
Эта работа объединяет другие исследования формирования планетных систем, которые в настоящее время проводятся европейской сетью ученых. Наш взгляд на то, как форма планет радикально изменилась за последние несколько лет, по мере увеличения числа вновь открытых планетных систем. Понимание формирования планет-гигантов в настоящее время является одной из главных задач для астрономов.
Первоначальный источник: астрономия и астрофизика
