Protoplaneettojen ryhmän sisäinen muuttoliike, jossa niitä edustavat valkoiset ympyrät. Kuvan luotto: QMUL Klikkaa suuremmaksi
Astronomit uskovat saavansa käsiteltäväksi monia planeetan muodostumisen näkökohtia. Niiden massiivisten planeettojen ytimet tulisi heidän mallinsa mukaan vetää sisäänpäin vain 100 000 vuodessa - ei läheskään tarpeeksi aikaa vakaan kiertoradan muodostamiseksi. Voi olla, että planeettojen ensimmäiset sukupolvet eivät koskaan pääse "klumpun" vaiheesta ennen niiden tuhoamista. Vain myöhemmät sukupolvet elävät todella tarpeeksi kauan tullakseen planeeteiksi.
Kaksi brittiläistä tähtitieteilijää, Paul Cresswell ja Richard Nelson esittävät uusia numeerisia simulaatioita planeettajärjestelmän muodostumisen haastavien tutkimusten puitteissa. He huomaavat, että planeettojen muodostumisen varhaisessa vaiheessa jättiläismäiset protoplaneetit muuttuvat sisäänpäin lukituksen askelta kohti keskitähtiä. Heidän tuloksensa julkaistaan pian kirjassa Astronomy & Astrophysics.
Kaksi brittiläistä tähtitieteilijää esittelee Astronomy & Astrophysics -julkaisussa julkaistussa artikkelissa uusia numeerisia simulaatioita siitä, kuinka planeettajärjestelmät muodostuvat. He huomaavat, että planeettojen muodostumisen varhaisessa vaiheessa jättiläismäiset protoplaneetit muuttuvat sisäänpäin lukituksen askelta kohti keskitähtiä.
Nykyinen kuva siitä, kuinka planeettajärjestelmät muodostuvat, on seuraava: i) pölyjyvät hyytyvät muodostaen tasokuvia, joiden halkaisija on enintään 1 km; ii) tasonsimallien karkaantunut kasvu johtaa ~ 100? 1000 km: n kokoiset planeettaalkiat; iii) nämä alkiot kasvavat “oligarkkisella” tavalla, jossa muutama suuri ruumis hallitsee muodostumisprosessia ja kasvattaa ympäröivät ja paljon pienemmät planeetanimit. Nämä “oligarkit” muodostavat maanpäälliset planeetat lähellä kymmenen maanpäällisen massan keskitähtiä ja planetaarisydämiä jättiläisellä planeettaalueella 3 tähtitieteellisen yksikön (AU) ulkopuolella.
Nämä teoriat eivät kuitenkaan pysty kuvaamaan kaasu jättiläisten planeettojen muodostumista tyydyttävällä tavalla. Kaasumaisen protoplanetaarisen levyn ja massiivisten planeettaytimien välinen gravitaatiovuorovaikutus saa ne liikkumaan nopeasti sisäänpäin noin 100 000 vuoden aikana, mitä kutsumme levyn planeetan “muuttoliikkeeksi”. Jättiläisten protoplaneettojen tämän nopean sisäänpäin siirtymisen ennustaminen on suuri ongelma, koska tämä aikataulu on paljon lyhyempi kuin aika, joka tarvitaan kaasun erittymiseen muodostavaan jättiläiseen planeettaan. Teoriat ennustavat, että jättiläiset protoplaneetit sulautuvat keskitähtiin ennen kuin planeetoilla on aikaa muodostua. Tämän vuoksi on hyvin vaikeaa ymmärtää, kuinka ne voivat muodostua.
Paul Cresswell ja Richard Nelson tarkastelivat ensimmäistä kertaa, mitä tapahtuu rypäleelle, joka muodostaa planeettoja, jotka on upotettu kaasumaiseen protoplanetaariseen levyyn. Aikaisemmissa numeerisissa malleissa on vain yksi tai kaksi planeettaa levyllä. Mutta oma aurinkokuntamme, ja yli 10% tunnetuista ekstrasolaarisista planeettajärjestelmistä on useita planeettoja. Tällaisten järjestelmien lukumäärän odotetaan kasvavan, kun ekstrasolaaristen järjestelmien havainnointitekniikat paranevat. Cresswellin ja Nelsonin työ on ensimmäinen kerta, kun numeeriset simulaatiot ovat sisältäneet niin suuren määrän protoplaneettoja, jolloin otetaan huomioon protoplaneettojen ja levyn sekä itse protoplaneettojen välinen gravitaatiovuorovaikutus.
Työn ensisijainen motivaatio on tutkia protoplaneettojen kiertoratoja ja pystyivätkö jotkut planeetat selviämään levyllä pitkään. Niiden simulaatiot osoittavat, että hyvin harvoissa tapauksissa (noin 2%), yksinäinen protoplaneetta ulostetaan kaukana keskustähdestä, mikä pidentää sen käyttöikää. Mutta useimmissa tapauksissa (98%) monet protoplaneetoista ovat loukussa orbitaaliresonanssisarjoihin ja muuttuvat sisäänpäin lukkovaiheessa, joskus jopa sulautuen keskitähtiin.
Cresswell ja Nelson väittävät siten, että gravitaatiovuorovaikutukset levyyn upotettujen protoplaneettojen parissa eivät voi estää protoplaneettojen sisäistä muuttoa. Siirtolaisuuden "ongelma" on edelleen olemassa ja vaatii lisätutkimuksia, vaikka tähtitieteilijät ehdottavat useita mahdollisia ratkaisuja. Voi olla, että muodostuu useita sukupolvia planeettoja ja että vain ne, jotka muodostuvat levynä hajoaessa, selviävät muodostumisprosessista. Tämä voi vaikeuttaa kaasujäätiöiden muodostamista, koska kiekko on ehtynyt materiaalista, josta kaasu jättiläinen planeetta muodostuu. (Kaasujätteiden muodostuminen voi silti olla mahdollista, jos planeettojen kiertoratojen ulkopuolella on tarpeeksi kaasua, koska uusi materiaali voi pyyhkäistä sisäänpäin, jotta muodostuva planeetta kykenee ne akkreditoimaan). Toinen ratkaisu saattaa liittyä protoplanetaarisen levyn fysikaalisiin ominaisuuksiin. Astronomit olettivat simulaatioissaan, että protoplanetaarinen levy on sileä ja ei-turbulentti, mutta tietysti tämä ei välttämättä ole kyse. Levyn suuret osat saattavat olla turbulenttisempia (magneettikentien aiheuttamien epävakauksien seurauksena), mikä voi estää sisäänpäin siirtymisen pitkien ajanjaksojen aikana.
Tämä työ liittyy muihin tutkimuksiin planeettajärjestelmän muodostumisesta, joita parhaillaan tekee eurooppalainen tiedemiesverkosto. Näkemyksemme planeettojen muodosta on muuttunut dramaattisesti viime vuosina, kun hiljattain löydettyjen planeettajärjestelmien määrä on lisääntynyt. Jättiläisten planeettojen muodostumisen ymmärtäminen on tällä hetkellä yksi suurimmista haasteista tähtitieteilijöille.
Alkuperäinen lähde: Tähtitiede ja astrofysiikka
