Нове дослідження розкриває подробиці утворення газових гігантів із протопланетних дисків. Виявилося, що цей процес міг відбуватися швидше, ніж вважалося раніше.
Як сформувалися газові гіганти?
Свіжий погляд на минулі дані показує, що екзопланети з масою, подібною до юпітеріанської, сформувалися набагато раніше, ніж вважалося досі. Результати дослідження Університету штату Огайо надають нову інформацію про час акреції — процесу накопичення великої кількості газу, а також твердих частинок, багатих на вуглець і кисень, для створення великих планет, таких як Юпітер.
Планети формуються з протопланетних дисків — обертових хмар пилу і газу, які є ідеальними інгредієнтами для формування планет. Це нове дослідження припускає, що акреція відбувається на ранніх стадіях, коли диски масивні й набагато молодші, ніж дослідники вважали раніше.
Хоча кількість нових підтверджених екзопланет продовжує зростати, походження цих світів і фактори, що впливають на їхнє формування, все ще залишаються загадкою, яку вчені намагаються розгадати. Наприклад, спочатку вважалося, що екзопланетам, подібним до Юпітера, для повного формування потрібно від 3 до 5 млн років; останні спостереження показують, що для такого газового гіганта, як Юпітер, цей процес, швидше за все, триває від 1 до 2 млн років.
Це відкриття кидає виклик теоріям дослідників щодо віку протопланетних дисків, з яких утворилися ці планети, говорить Цзі Ванг, автор дослідження і доцент кафедри астрономії в Університеті штату Огайо. Результати дослідження можуть спонукати вчених до переоцінки та перегляду своїх теорій формування планет у Сонячній системі та інших місцях.
Теорія акреції ядра
Хоча екзопланети належать до планетних об’єктів, які обертаються далеко за межами нашої Сонячної системи, розуміння того, як вони утворюються, може допомогти дослідникам краще зрозуміти еволюцію Сонячної системи та ранньої Землі, формування якої відбулося набагато пізніше, ніж Юпітера, але все ж таки зазнало значного впливу з його боку.
Інтерпретація утворення планет «знизу вгору» називається теорією акреції ядра, але інший можливий варіант — це коли планети утворюються через гравітаційну нестабільність, коли згустки в диску навколо зорі стають занадто масивними, щоб підтримувати себе, і руйнуються, утворюючи планети. Оскільки історія акреції планети може бути тісно пов’язана із цими двома переконливими, але взаємодоповнювальними механізмами еволюції, важливо визначити, який процес відбувається частіше.
У дослідженні проаналізували вибірку із семи газових гігантських екзопланет, чиї зоряні та планетарні хімічні властивості вже були безпосередньо виміряні попередніми дослідженнями, й порівняли їх із даними про газових гігантів нашої Сонячної системи — Юпітера і Сатурна.
Тверді речовини, що утворюють екзопланети
Ванг показав, що раннє формування цих екзопланет узгоджується з останніми даними про те, що Юпітер сформувався набагато раніше, ніж вважалося до цього. Такий висновок ґрунтується на напрочуд великій кількості твердих речовин, які акретували ці екзопланети.
Усі матеріали, що накопичуються на початку формування планети, підвищують металічність її атмосфери, й, спостерігаючи за слідами, які вони залишають, дослідники можуть виміряти кількість твердих частинок, які колись зібрала планета.
За словами Ванга, чим вища металічність, тим більше твердих речовин і металів — всього, що в таблиці Менделєєва є масивнішим за водень і гелій. Науковці можуть припустити, що було накопичено в процесі формування планети.
Нові дані свідчать, що будівельні блоки, з яких утворилися екзопланети, були доступні на більш ранній стадії еволюції протопланетного диска, ніж передбачалося раніше, і їхня доступність значно зменшилася протягом мільйонів років.
Вплив газових гігантів на формування інших екзопланет
Оскільки газові гіганти втягують величезну кількість речовини під час акреції, їхнє формування та міграція в космосі також впливають на розвиток кам’янистих планет в інших частинах протопланетного диска. Вважається, що в Сонячній системі це явище призвело до того, що Юпітер і Сатурн витіснили Меркурій із його первісної орбіти, а Марс став набагато меншим за Землю чи Венеру.
Щоб допомогти астрономам, які прагнуть зробити подібний аналіз формування планет у майбутньому, ця робота також надає статистичну основу для виведення загальної маси твердої акреції для будь-якої іншої екзопланети, яка може стати ідеальним інструментом для дослідження інших видів складних елементарних даних.
Хоча це дослідження спиралося виключно на архівні дані, Ванг очікує на доповнення новими даними з високою роздільною здатністю, зібраними за допомогою досконаліших інструментів, таких як потужні наземні астрономічні обсерваторії або технології наступного покоління на кшталт космічного телескопа James Webb.
За матеріалами phys.org
