Nyfødte gasplaneter kan være overraskende flade, siger ny forskning

En ny planet starter sit liv i en roterende cirkel af gas og støv, en vugge kendt som en protostellar disk. Mine kolleger og jeg har brugt computersimuleringer til at vise, at nyfødte gasplaneter i disse skiver sandsynligvis har overraskende fladtrykte former. Denne opdagelse, offentliggjort i Astronomy and Astrophysics Letters , kunne tilføje vores billede af præcis, hvordan planeter dannes.

Det er ekstremt vanskeligt at observere protoplaneter, der lige er dannet og stadig er inden for deres protostellare diske. Indtil nu er der kun observeret tre så unge protoplaneter, hvoraf to er i samme system, PDS 70.

Vi skal finde systemer, der er unge og tæt nok på, til at vores teleskoper kan registrere det svage lys fra selve planeten og skelne det fra diskens. Hele processen med planetarisk dannelse varer kun et par millioner år, hvilket ikke er mere end et blink med øjet i astrofysiske skalaer. Det betyder, at vi skal have held for at fange dem i færd med at dannes.

Vores forskergruppe udførte computersimuleringer for at bestemme egenskaberne af gasformige protoplaneter under en række forskellige termiske forhold i planeternes vugger.

Simuleringerne har opløsning nok til at kunne følge udviklingen af ​​en protoplanet i skiven fra et tidligt stadie, hvor det blot er en ren kondensering inde i skiven. Sådanne simuleringer er beregningskrævende og blev kørt på DiRAC, Storbritanniens astrofysiske supercomputing-facilitet.

Typisk dannes der flere planeter inden for en disk. Undersøgelsen viste, at protoplaneter har en form kendt som oblate sfæroider, som Smarties eller M&M's, snarere end at være sfæriske. De vokser ved at trække gas overvejende gennem deres poler i stedet for deres ækvator.

Teknisk set er planeterne i vores solsystem også oblate sfæroider, men deres udfladning er lille. Saturn har en udfladning på 10 %, Jupiter 6 %, mens Jorden kun har 0,3 %.

Til sammenligning er den typiske udfladning af protoplaneter 90%. En sådan udfladning vil påvirke de observerede egenskaber af protoplaneter, og det skal tages i betragtning ved fortolkning af observationer.

Sådan starter planeter

Den mest accepterede teori for planetdannelse er teorien om "kernetilvækst". Ifølge denne model kolliderer små støvpartikler, der er mindre end sand, med hinanden, grupperer sig og vokser gradvist til større og større kroppe. Dette er faktisk, hvad der sker med støvet under din seng, når den ikke bliver rengjort.

Når en kerne af støv med nok massive former, trækker den gas fra skiven for at danne en gasgigantisk planet. Denne bottom-to-top tilgang ville tage et par millioner år.

Den modsatte, top-to-bot-tilgang, er teorien om diskustabilitet. I denne model er de protostellare skiver, der følger unge stjerner, gravitationsmæssigt ustabile. Med andre ord er de for tunge til at blive vedligeholdt og fragmenteres derfor i stykker, som udvikler sig til planeter.

Teorien om kernetilvækst har eksisteret i lang tid, og den kan forklare mange aspekter af, hvordan vores solsystem blev til. Diskustabilitet kan dog bedre forklare nogle af de exoplanetariske systemer, vi har opdaget i de seneste årtier, såsom dem, hvor en gasgigantplanet kredser meget meget langt fra sin værtsstjerne.

Tiltrækningen ved denne teori er, at planetdannelsen sker meget hurtigt inden for et par tusinde år, hvilket stemmer overens med observationer, der tyder på, at planeter eksisterer i meget unge skiver.

Vores undersøgelse fokuserede på gasgigantiske planeter dannet via modellen for diskustabilitet. De er fladtrykte, fordi de dannes ved komprimering af en allerede flad struktur, den protostellare skive, men også på grund af, hvordan de roterer.

Ingen flade jorder

Selvom disse protoplaneter generelt er meget fladtrykte, er deres kerner, som i sidste ende vil udvikle sig til gasgigantiske planeter, som vi kender dem, mindre fladtrykte – kun med omkring 20 %. Dette er blot det dobbelte af udfladningen af ​​Saturn. Med tiden forventes de at blive mere sfæriske.

Klippeplaneter, som Jorden og Mars, kan ikke dannes via diskustabilitet. De menes at dannes ved langsomt at samle støvpartikler til småsten, sten, kilometerstore objekter og til sidst planeter. De er for tætte til at blive fladtrykt betydeligt, selv når de er nyfødte. Der er ingen mulighed for, at Jorden blev fladtrykt i så høj grad, da den var ung.

Men vores undersøgelse understøtter en rolle for diskustabilitet i tilfælde af nogle verdener i nogle planetsystemer.

Vi bevæger os nu fra æraen med exoplanetopdagelser til æraen med exoplanetkarakterisering. Mange nye observatorier er klar til at blive operationelle. Disse vil hjælpe med at opdage flere protoplaneter indlejret i deres diske. Forudsigelser fra computermodeller bliver også mere sofistikerede.

Sammenligningen mellem disse teoretiske modeller og observationer bringer os tættere og tættere på at forstå oprindelsen af ​​vores solsystem.

Leveret af The Conversation

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.