Vnitřní migrace skupiny protoplanet, kde jsou zastoupeny bílými kruhy. Obrazový kredit: QMUL Kliknutím zvětšíte
Astronomové si myslí, že zvládli mnoho aspektů planetární formace. Podle jejich modelu by jádra těchto masivních planet měla být vytažena dovnitř jejich mateřskou hvězdou za pouhých 100 000 let - ne dost času na to, aby se vytvořila na stabilní orbitu. Mohlo by se stát, že první generace planet nikdy nepřesáhnou fázi „shluku“, dokud nebudou zničeny. Jsou to pouze pozdější generace, které skutečně přežijí dostatečně dlouho, aby se staly planetami.
Dva britští astronomové Paul Cresswell a Richard Nelson představují nové numerické simulace v rámci náročných studií formování planetárního systému. Zjistí, že v počátečních stádiích planetární formace se obrovské protoplanety stěhují dovnitř v zamknutí do centrální hvězdy. Jejich výsledky budou brzy zveřejněny v Astronomii a astrofyzice.
V článku, který má být zveřejněn v Astronomii a astrofyzice, dva britští astronomové představují nové numerické simulace, jak se formují planetární systémy. Zjistí, že v počátečních stádiích planetární formace se obrovské protoplanety stěhují dovnitř v zamknutí do centrální hvězdy.
Současný obrázek toho, jak se planetární systémy vytvářejí, je následující: i) prachová zrna koagulují za vzniku planetesimálů až do průměru 1 km; ii) utečený růst planetesimálů vede k tvorbě ~ 100? 1 000 km planetární embrya; iii) tato embrya rostou „oligarchickým“ způsobem, kde několik velkých těl dominuje formačnímu procesu a utvářejí okolní a mnohem menší planetesimály. Tyto „oligarchové“ vytvářejí pozemské planety poblíž centrální hvězdy a planetární jádra deseti pozemských mas v oblasti obří planety nad 3 astronomické jednotky (AU).
Tyto teorie však nedokážou uspokojivě popsat vznik plynných obřích planet. Gravitační interakce mezi plynným protoplanetárním diskem a masivními planetárními jádry způsobuje, že se během asi 100 000 let rychle pohybují dovnitř, což nazýváme „migrací“ planety na disku. Predikce této rychlé vnitřní migrace obří protoplanet je hlavním problémem, protože tento časový rámec je mnohem kratší, než je čas potřebný k tomu, aby se plyn dostal do formující se obří planety. Teorie předpovídají, že se obří protoplanety sloučí do centrální hvězdy dříve, než budou mít planety čas na vytvoření. Proto je velmi obtížné pochopit, jak se vůbec mohou tvořit.
Paul Cresswell a Richard Nelson poprvé zkoumali, co se stane s kupou formujících planet zabudovaných do plynného protoplanetárního disku. Předchozí číselné modely zahrnovaly na disku pouze jednu nebo dvě planety. Ale naše vlastní sluneční soustava a více než 10% známých extrasolárních planetárních systémů jsou systémy s více planetami. Očekává se, že počet takových systémů se bude zvyšovat se zlepšováním pozorovacích technik extrasolarních systémů. Cresswell a Nelsonova práce jsou poprvé, když numerické simulace zahrnovaly tak velký počet protoplanet, a tak zohledňovaly gravitační interakci mezi protoplanetami a diskem a mezi samotnými protoplanety.
Primární motivací pro jejich práci je prozkoumat oběžné dráhy protoplanet a to, zda by některé planety mohly na disku přežít delší dobu. Jejich simulace ukazují, že ve velmi malém počtu případů (asi 2%) je osamělý protoplanet vytlačen daleko od centrální hvězdy, čímž se prodlužuje jeho životnost. Ale ve většině případů (98%) je mnoho protoplanet uvězněno v sérii orbitálních rezonancí a migrují dovnitř v uzamčení, někdy se dokonce spojují s centrální hvězdou.
Cresswell a Nelson tedy tvrdí, že gravitační interakce uvnitř roje protoplanet zabudovaných na disku nemohou zastavit migraci protoplanet dovnitř. „Problém“ migrace zůstává a vyžaduje další zkoumání, i když astronomové navrhují několik možných řešení. Je možné, že se tvoří několik generací planet a že pouze ty, které se formují při disipatování disku, přežijí proces formování. To může ztížit vytváření plynových obrů, protože disk je vyčerpán z materiálu, ze kterého se tvoří plynové obří planety. (Formace plynných obrů však může být stále možná, pokud bude dostatek plynu mimo oběžné dráhy planet, protože nový materiál se může zamést dovnitř, aby ho mohl nahromadit formující planeta). Další řešení může souviset s fyzikálními vlastnostmi protoplanetárního disku. Ve svých simulacích astronomové předpokládali, že protoplanetární disk je hladký a nebulvantní, ale samozřejmě to tak nemusí být. Velké části disku by mohly být turbulentnější (v důsledku nestabilit způsobených magnetickými poli), což může zabránit dlouhodobé migraci směrem dovnitř.
Tato práce se připojuje k dalším studiím o vytváření planetárního systému, které v současné době provádí evropská síť vědců. Náš pohled na to, jak se v posledních několika letech drasticky změnila forma planet, se zvýšil počet nově objevených planetárních systémů. Pochopení tvorby obřích planet je v současnosti jednou z hlavních výzev pro astronomy.
Původní zdroj: astronomie a astrofyzika
