Hurtigtdannende giganter kunne forstyrre spiralprotoplanetariske skiver

Kæmpeplaneter, der udviklede sig tidligt i et stjernesystems liv, kunne løse et mysterium om, hvorfor spiralstrukturer ikke observeres i unge protoplanetariske skiver, ifølge en ny undersøgelse fra University of Warwick astronomer.

Forskningen, offentliggjort i dag i Astrofysiske tidsskriftsbreve og del støttet af Royal Society, giver en forklaring på manglen på spiralstruktur, som astronomer forventer at se i protoplanetariske skiver omkring unge stjerner, hvilket også tyder på, at videnskabsmænd muligvis skal revurdere, hvor hurtigt planeter dannes i en skives livscyklus.

Protoplanetariske skiver er fødesteder for planeter, rummer det materiale, der til sidst vil smelte sammen til den række af planeter, som vi ser i universet. Når disse skiver er unge danner de spiralstrukturer, med alt deres støv og materiale trukket ind i tætte arme af den massive tyngdekraftseffekt af skiven, der snurrer. En lignende effekt opstår på det galaktiske niveau, derfor ser vi spiralgalakser som vores egen, Mælkevejen.

I løbet af tre til ti millioner år samles materiale fra skiven for at danne planeter, falder på stjernen, den kredser om, eller spreder sig bare ud i rummet gennem vinde, der kommer fra skiven. Når en disk er ung, er den selvgraviterende, og materialet i det danner en spiralstruktur, som det mister, når det bliver gravitationsstabilt. Unge planeter, der udvikler sig, skærer derefter huller ud i skiven, mens de forbruger og spreder materiale på deres måde, hvilket resulterer i de 'ring and gap'-træk, som astronomer oftest ser i protoplanetariske skiver.

Men astronomer har kæmpet for at redegøre for observationer af unge protoplanetariske skiver, der ikke viser tegn på spiraler, men i stedet ligner en meget ældre skive med en ring- og spaltestruktur. For at give en forklaring, Sahl Rowther og Dr. Farzana Meru fra University of Warwick Department of Physics udførte computersimuleringer af massive planeter i unge diske for at bestemme, hvad der ville ske, når de interagerede.

De fandt ud af, at en kæmpe planet, omkring tre gange massen af ​​Jupiter, at migrere fra de ydre områder af skiven mod dens stjerne ville forårsage tilstrækkelig forstyrrelse til at udslette skivens spiralstruktur med resultater, der ligner skiverne observeret af astronomer. Imidlertid, for at være til stede i skivens spiralfase, skulle disse planeter dannes hurtigt og tidligt i skivens livscyklus.

Hovedforfatter Sahl Rowther, Ph.D. studerende ved Institut for Fysik, sagde:"Når diske er unge, vi forventer, at de er massive med spiralstrukturer. Men det ser vi ikke i observationer.

"Vores simuleringer tyder på, at en massiv planet i en af ​​disse unge skiver faktisk kan forkorte tiden brugt i den selvgraviterende spiralfase til en, der ligner nogle af de observationer, som astronomer ser.

Medforfatter Dr. Farzana Meru fra Institut for Fysik tilføjer:"Hvis nogle af disse skiver, som astronomer observerer, for nylig var selvgraviterende, så tyder det på, at de dannede en planet, mens skiven stadig var ung. Den selvgraviterende fase for en protoplanetskiven er meget mindre end omkring en halv million år, hvilket betyder, at planeten skulle have dannet sig utrolig hurtigt.

"Uanset hvilken mekanisme der forklarer, hvordan disse planeter dannes, det betyder sandsynligvis, at vi skal overveje, at planeter dannes meget hurtigere end oprindeligt antaget."

Deres simuleringer modellerede en gigantisk planet i de ydre områder af en protoplanetarisk skive, når den migrerer indad, en proces, som astronomerne forventer at se, når drejningsmomentet skubber planeten indad, mens den udveksler vinkelmomentum med gassen i skiven. Dette betyder også, at planeten ville interagere med og forstyrre en stor del af skiven og være massiv nok til at åbne et hul i gassen, resulterer i ring- og spaltestrukturen.

Sahl Rowther tilføjer:"Dette er spændende i betragtning af de ubekendte, der er forbundet med masserne af observerede skiver. Hvis massive skiver med ring- og spaltestrukturer er almindelige, det kunne give flere veje til at forklare diskarkitekturer.

"Vores resultater tyder på, at det måske endda er muligt at se tegn på disse gigantiske planeter, givet de rette betingelser og teknologi. Den næste fase af vores forskning vil være at bestemme, hvad disse forhold er, at hjælpe astronomer med at forsøge at bestemme tilstedeværelsen af ​​disse planeter."

Dr. Meru tilføjer:"Det er meget muligt for den spiralstruktur at blive udslettet, lad dig ikke narre, når du ser på en disk. Det kan stadig være rimeligt massivt, det er bare, at en kæmpe planet har fået den til at miste sine spiraler.

"Vi har disse fantastiske billeder af protoplanetariske skiver, og det, der virkelig er spændende ved dem, er deres struktur. I de sidste par år er teleskoper blevet meget kraftfulde, og vi er i stand til at se funktioner som mellemrum og ringe. Med computersimuleringer som vores, vi kan nu prøve at forstå, om nogle af de processer, som vi forventer vil ske, som planeter, der migrerer i unge skiver, kan føre til den slags billeder, som observatører ser. Dette er muligt med kombinationen af ​​kraftfulde teleskoper og supercomputere."