Może istnieć więcej niż jeden sposób stworzenia planety

Jeśli chodzi o powstawanie planet, astronomowie od dawna stosują to, co Cassandra Hall, astronom z Centrum Fizyki Symulacyjnej na Uniwersytecie Georgia, nazywa podejściem „oddolnym”: gazy i pył krążące wokół młodej gwiazdy powoli gromadzą się w ciągu miliony lat. Jego grawitacja formuje go w okrągłe ciało.

Jednak odkrycie dokonane przez dr Hall i jej współpracowników Został on opublikowany w Nature w tym miesiącuco sugeruje, że obraz może być bardziej złożony.

W układzie gwiazd oddalonym o 508 lat świetlnych od Ziemi badacze odkryli warunki potwierdzające alternatywne podejście do powstawania planet, „odgórne”, w którym żyzna materia krążąca wokół młodej gwiazdy szybko zapada się w planetę. Mechanizm ten, znany jako niestabilność grawitacyjna, może wyjaśnić istnienie masywnych, tajemniczych światów, o których wiadomo, że krążą po szerokich orbitach wokół stosunkowo małych gwiazd.

„Nie było żadnych przekonujących dowodów na to, że coś takiego miało miejsce wcześniej” – napisał dr Hall w e-mailu. „Znaleźliśmy to!”.

Kosmiczna materia krążąca wokół młodej gwiazdy jest pełna potencjału, który może pomóc w tworzeniu planet. Materia ta znana jest jako dysk protoplanetarny i dysk ten zwykle obraca się pod wpływem grawitacji gwiazdy macierzystej. Jeśli jednak dysk ten stanie się wystarczająco duży, może na niego oddziaływać własna grawitacja, powodując niestabilność rodzącego się układu gwiezdnego. Obszary o większej gęstości pojawiają się na dysku w postaci ramion spiralnych, podobnych do kształtu chmur wirujących podczas huraganów.

„Gwiazda będzie jak oko burzy” – powiedziała Jess Speedie, absolwentka Uniwersytetu Wiktorii w Kanadzie, która kierowała badaniami pod kierunkiem astrofizyka Rubinga Donga.

Według pani Speedy, jeśli tym ramionom uda się wciągnąć wystarczającą ilość materiału, mogą rozpaść się na grudki, które z kolei mogą zapaść się w gigantyczne planety gazowe. Może to nastąpić w ciągu zaledwie kilkuset lat, a nie milionów lat przewidzianych w przypadku podejścia „oddolnego”, znanego jako akrecja rdzenia.

„Te dwie teorie toczą ze sobą bitwę w astronomii od jakiegoś czasu. Po raz pierwszy znaleźliśmy rozstrzygający dowód na to, że możliwa jest ścieżka niestabilności grawitacyjnej” – powiedziała pani Speedie.

Dyski niestabilne grawitacyjnie mogą być łonami masywnych planet, które są zbyt daleko od swoich gwiazd macierzystych, aby można je było wytłumaczyć akrecją jądra. W 2022 roku astronomowie będą w stanie określić, czy planety te mogą się rozszerzać, czy kurczyć. Zostało to zgłoszone Odkrycie protoplanety o masie dziewięciu mas Jowisza, krążącej wokół gwiazdy AB Aurigae, która ma zaledwie cztery miliony lat. Planeta powstawała w odległości 13,6 miliarda mil od gwiazdy – ponad dwukrotnie większej niż odległość między naszym Słońcem a Plutonem.

Podobne planety odkryto gdzie indziej. „Niemal niemożliwe jest wyjaśnienie ich powstawania procesem oddolnym” – mówi dr Hall. „Nie powinno być wystarczającej ilości stałego materiału, aby uformować te obiekty według podstawowego modelu akrecji”.

W latach 80. astronomowie zaproponowali pomysł, że niestabilność grawitacyjna może dać początek tym niekonwencjonalnym planetom. Ale nie mogli znaleźć sposobu, aby to udowodnić. W symulacji opublikowanej w 2020 r. Pokazała to dr Hall i jej współpracownicy Prędkość materii na niestabilnym grawitacyjnie dysku zmienia się według wyraźnego wzoru.

Wiele lat później jej zespół skierował Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, radioteleskop w Chile, na gwiazdę AB Aurigae i znalazł dokładną sygnaturę przewidzianą w symulacji.

Lee Hartman, astronom z Uniwersytetu Michigan, który nie był zaangażowany w te prace, stwierdził, że nowe badanie jest „całkiem prawdopodobne” i dodał: „Ale myślę, że są pewne szczegóły, które nadal wymagają wyjaśnienia, aby badanie było całkowicie przekonujące .”

Dr Hartmann dodał, że nawet jeśli wyniki są solidne, dowodzą jedynie, że niestabilność grawitacyjna jest czymś, co ma miejsce, a nie tym, że prowadzi do powstawania planet. Powodem może być to, że mechanizm ten pomaga w akumulacji jądra.

Doktor Hall uważa, że ​​jest mało prawdopodobne, aby taki scenariusz był albo jeden, albo drugi.

„Właściwie spodziewamy się, że wszystkie środowiska, w których powstają planety, przejdą fazę niestabilności grawitacyjnej”, w której planety mogą powstawać w wyniku zapadania się grawitacyjnego i akrecji jądra – powiedziała.

W przyszłości astronomowie kierujący badaniami planują szukać oznak niestabilności grawitacyjnej w innych młodych układach gwiazd. Docelowo mają także nadzieję szukać oznak tego mechanizmu w w pełni ukształtowanych światach.

Pani Speedie nie może się doczekać, aby dowiedzieć się więcej na temat różnorodności planet, różnych sposobów ich powstawania i tego, co może to odkryć na temat naszego Układu Słonecznego.

„Myślę, że wszechświat jest prawdopodobnie bardziej twórczy niż ludzkie umysły” – stwierdziła. „Interesują nas możliwości, jakie się tam kryją”.