Shkencëtarët zbulojnë një teori për formimin e planetëve shkëmborë

Një teori e re për mënyrën se si formohen planetët shkëmborë mund të shpjegojë origjinën e të ashtuquajturave “super-Tokë” – një klasë ekzoplanetesh disa herë më masive se Toka që janë lloji më i bollshëm i planetit në galaktikë.

Më tej, mund të shpjegojë pse super-Tokat brenda një sistemi të vetëm planetar shpesh përfundojnë duke u dukur çuditërisht të ngjashme në madhësi, sikur çdo sistem të ishte në gjendje të prodhonte vetëm një lloj planeti të vetëm.

“Ndërsa vëzhgimet tona të ekzoplaneteve janë rritur gjatë dekadës së fundit, është bërë e qartë se teoria standarde e formimit të planetit duhet të rishikohet, duke filluar nga bazat. Ne kemi nevojë për një teori që mund të shpjegojë njëkohësisht formimin e planetëve tokësorë në vendin tonë. sistemi diellor si dhe origjina e sistemeve të ngjashme të super-tokave, shumë prej të cilave duken shkëmbore në përbërje”, thotë profesori i shkencës planetare në Caltech, Konstantin Batygin, i cili bashkëpunoi me Alessandro Morbidelli nga Observatoire de la Côte d’Azur në Franca në teorinë e re. Një punim që shpjegon punën e tyre u botua nga Nature Astronomy më 12 janar.

Sistemet planetare fillojnë ciklin e tyre të jetës si disqe të mëdhenj rrotullues të gazit dhe pluhurit që konsolidohen gjatë rrjedhës së disa milionë viteve apo më shumë. Shumica e gazit grumbullohet në yllin në qendër të sistemit, ndërsa materiali i ngurtë bashkohet ngadalë në asteroide, kometa, planetë dhe hëna.

Në sistemin tonë diellor, ekzistojnë dy lloje të dallueshme planetësh: planetët më të vegjël të brendshëm shkëmborë më të afërt me diellin dhe gjigantët e jashtëm më të mëdhenj të gazit të pasur me ujë dhe hidrogjen që janë më larg nga dielli. Në një studim të mëparshëm të botuar në Nature Astronomy në fund të vitit 2021, kjo dikotomi bëri që Morbidelli, Batygin dhe kolegët të sugjeronin se formimi i planetit në sistemin tonë diellor ndodhi në dy unaza të dallueshme në diskun protoplanetar: një i brendshëm ku ndodheshin planetët e vegjël shkëmborë. u formua dhe një i jashtëm për planetët më masivë të akullt (dy prej të cilëve – Jupiteri dhe Saturni – më vonë u rritën në gjigantë gazi).

Super-Tokat, siç sugjeron emri, janë më masive se Toka. Disa madje kanë atmosferë hidrogjeni, gjë që i bën ata të duken pothuajse si gjigantë gazi. Për më tepër, ata shpesh gjenden në orbita afër yjeve të tyre, duke sugjeruar që ata migruan në vendndodhjen e tyre aktuale nga orbita më të largëta.

“Disa vite më parë ndërtuam një model ku super-Tokat u formuan në pjesën e akullt të diskut protoplanetar dhe migruan deri në skajin e brendshëm të diskut, pranë yllit”, thotë Morbidelli. “Modeli mund të shpjegojë masat dhe orbitat e super-tokave, por parashikoi që të gjitha janë të pasura me ujë. Megjithatë, vëzhgimet e fundit kanë treguar se shumica e super-tokave janë shkëmbore, si Toka, edhe nëse janë të rrethuara nga një atmosferë hidrogjeni. ishte dënimi me vdekje për modelin tonë të vjetër”.

Gjatë pesë viteve të fundit, historia është bërë edhe më e çuditshme si shkencëtarë – duke përfshirë një ekip të udhëhequr nga Andrew Howard, profesor i astronomisë në Caltech; Lauren Weiss, asistent profesor në Universitetin e Notre Dame; dhe Erik Petigura, dikur një studiues postdoktoral i Saganit në Astronomi në Caltech dhe tani një profesor në UCLA – kanë studiuar këta ekzoplanetë dhe kanë bërë një zbulim të pazakontë: ndërsa ekziston një shumëllojshmëri e gjerë e llojeve të super-tokave, të gjitha super-tokat brenda një sistem i vetëm planetar priret të jetë i ngjashëm për sa i përket hapësirës orbitale, madhësisë, masës dhe veçorive të tjera kryesore.

“Lauren zbuloi se brenda një sistemi të vetëm planetar, super-Tokat janë si ‘bizele në një bishtajë'”, thotë Howard, i cili nuk ishte i lidhur drejtpërdrejt me gazetën Batygin-Morbidelli, por e ka rishikuar atë. “Ju në thelb keni një fabrikë planetësh që di vetëm të krijojë planetë të një mase, dhe thjesht i nxjerr jashtë njëri pas tjetrit.”

Pra, cili proces i vetëm mund të ketë krijuar planetët shkëmborë në sistemin tonë diellor, por edhe sistemet uniforme të super-tokave shkëmbore?

“Përgjigja rezulton të jetë e lidhur me diçka që ne e kuptuam në vitin 2020, por nuk e kuptuam se aplikohej në formimin planetar më gjerësisht,” thotë Batygin.

Në një punim të vitit 2020 të botuar në The Astrophysical Journal, Batygin dhe Morbidelli propozuan një teori të re për formimin e katër hënave më të mëdha të Jupiterit (Io, Europa, Ganymede dhe Callisto).

Në thelb, ata demonstruan se për një gamë të caktuar të madhësive të kokrrave të pluhurit, forca që i tërheq kokrrat drejt Jupiterit dhe forca (ose tërheqja) që i bart ato kokrra në një rrjedhë gazi nga jashtë, anulojnë njëra-tjetrën në mënyrë të përsosur. Ai ekuilibër në forca krijoi një unazë materiali që përbënte blloqet e forta ndërtimore për formimin e mëvonshëm të hënës. Më tej, teoria sugjeron se trupat do të rriteshin në unazë derisa të bëhen mjaftueshëm të mëdhenj për të dalë nga unaza për shkak të migrimit të nxitur nga gazi. Pas kësaj, ata ndalojnë së rrituri, gjë që shpjegon pse procesi prodhon trupa me madhësi të ngjashme.

Në punimin e tyre të ri, Batygin dhe Morbidelli sugjerojnë se mekanizmi për formimin e planetëve rreth yjeve është kryesisht i njëjtë. Në rastin planetar, përqendrimi në shkallë të gjerë i materialit të ngurtë shkëmbor ndodh në një brez të ngushtë në disk të quajtur linja e sublimimit silikat – një rajon ku avujt silikat kondensohen për të formuar guralecë të ngurtë shkëmborë.

“Nëse jeni një kokërr pluhuri, ju ndjeni një erë të konsiderueshme në drejtim të kundërt në disk sepse gazi po rrotullohet pak më ngadalë dhe ju rrotulloheni drejt yllit; por nëse jeni në formë avulli, ju thjesht spirale nga jashtë, së bashku me gaz në diskun e zgjerimit. Pra, vendi ku shndërroheni nga avulli në trupa të ngurtë është vendi ku grumbullohet materiali”, thotë Batygin.

Teoria e re e identifikon këtë brez si vendin e mundshëm për një “fabrikë planeti”, që me kalimin e kohës, mund të prodhojë disa planetë shkëmborë me madhësi të ngjashme. Për më tepër, ndërsa planetët rriten mjaftueshëm masiv, ndërveprimet e tyre me diskun do të priren t’i tërheqin këto botë nga brenda, më afër yllit.

Teoria e Batygin dhe Morbidelli mbështetet nga një modelim i gjerë kompjuterik, por filloi me një pyetje të thjeshtë. “Ne shikuam modelin ekzistues të formimit të planetit, duke ditur se ai nuk riprodhon atë që ne shohim, dhe pyetëm: “Çfarë pohim po marrim si të mirëqenë?”, thotë Batygin. “Mashtrimi është të shikosh diçka që të gjithë e konsiderojnë të vërtetë, por pa ndonjë arsye të mirë.”

Në këtë rast, supozimi ishte se materiali i ngurtë shpërndahet në të gjithë disqet protoplanetare. Duke hedhur poshtë këtë supozim dhe në vend të kësaj duke supozuar se trupat e parë të ngurtë formohen në unaza, teoria e re mund të shpjegojë lloje të ndryshme të sistemeve planetare me një kornizë të unifikuar, thotë Batygin.

Nëse unaza shkëmbore përmban shumë masë, planetët rriten derisa të migrojnë larg unazës, duke rezultuar në një sistem super-tokash të ngjashme. Nëse unaza përmban pak masë, ajo prodhon një sistem që duket shumë më tepër si planetët tokësorë të sistemit tonë diellor.

“Unë jam një vëzhgues dhe një ndërtues instrumentesh, por i kushtoj vëmendje jashtëzakonisht të madhe literaturës,” thotë Howard. “Ne marrim një driblim të rregullt të kontributeve pak, por ende të rëndësishme. Por çdo pesë vjet apo më shumë, dikush del me diçka që krijon një ndryshim sizmik në fushë. Ky është një nga ato letra.”