|
Гигантские экзопланеты сформировались раньше
|
|
|
|
Свежий взгляд на прошлые данные показывает, что экзопланеты с массами, подобными Юпитеру, сформировались гораздо раньше, чем считалось ранее, согласно новому исследованию. Результаты исследования, проведенного Университетом штата Огайо, предоставляют новую информацию о сроках аккреции — процессе накопления большого количества газа, а также твердых частиц, богатых углеродом и кислородом, для образования крупных планет, таких как Юпитер. Исследование опубликовано в Astrophysical Journal.
|
|
|
|
Планеты формируются из протопланетных дисков, вращающихся облаков пыли и газа, которые являются идеальными ингредиентами для формирования планет. Это новое исследование предполагает, что аккреция происходит рано, когда диски становятся массивными и намного моложе, чем считалось ранее.
|
|
|
|
В то время как число недавно подтвержденных экзопланет продолжает расти, происхождение этих миров и факторы, влияющие на их формирование, остаются загадкой, которую ученые все еще пытаются разгадать. Например, первоначально считалось, что для полного формирования экзопланет, подобных Юпитеру, требуется от 3 до 5 миллионов лет; недавние наблюдения теперь показывают, что для газового гиганта, подобного Юпитеру, этот процесс, вероятно, занимает около 1-2 миллионов лет.
|
|
|
|
Это открытие бросает вызов существующим теориям исследователей относительно "возраста" протопланетных дисков, из которых сформировались эти планеты, сказал Джи Ван, автор исследования и доцент кафедры астрономии в университете штата Огайо. Полученные результаты могут побудить ученых пересмотреть свои теории формирования планет в Солнечной системе и в других местах.
|
|
|
|
|
|
|
"Все, что мы знаем об экзопланетах, можно применить к Солнечной системе и наоборот", - сказал Ван. "Обычно формирование планет происходит по восходящей схеме, то есть все начинается с небольших объектов, которые, накапливаясь, образуют большую планету, но этот путь требует времени".
|
|
|
|
Хотя экзопланеты относятся к планетарным объектам, орбиты которых находятся далеко за пределами нашей Солнечной системы, более глубокое понимание того, как они формируются, могло бы помочь исследователям лучше понять эволюцию Солнечной системы и ранней Земли, формирование которой произошло намного позже, чем у Юпитера, но все же оказало на нее сильное влияние.
|
|
|
|
Восходящая интерпретация процесса образования планет называется "теорией аккреции ядра", но другой возможный механизм образования заключается в том, что планеты образуются в результате гравитационной нестабильности - когда скопления в диске вокруг звезды становятся слишком массивными, чтобы поддерживать себя, и сжимаются, образуя планеты. По словам Ванга, поскольку история аккреции планеты может быть тесно связана с этими двумя убедительными, но дополняющими друг друга механизмами эволюции, важно определить, какой процесс имеет место чаще.
|
|
|
|
В ходе исследования была проанализирована выборка из семи экзопланет-газовых гигантов, звездные и планетарные химические свойства которых уже были непосредственно измерены в ходе предыдущих исследований, и проведено сравнение их с данными о газовых гигантах нашей Солнечной системы, Юпитере и Сатурне.
|
|
|
|
Ванг показал, что раннее образование этих экзопланет согласуется с недавними данными о том, что Юпитер сформировался намного раньше, чем считалось ранее. Это открытие основано на удивительно большом количестве твердых частиц, образовавшихся в результате аккреции этих экзопланет.
|
|
|
|
Все материалы, образовавшиеся в начале формирования планеты, повышают металличность ее атмосферы, и, наблюдая за следами, которые они оставляют после себя, исследователи могут измерить количество твердых частиц, когда-то собранных планетой.
|
|
|
|
По словам Ванга, чем выше металличность, тем больше твердых частиц и металлов — всего, что входит в периодическую таблицу Менделеева и является более массивным, чем водород и гелий, — как могут предположить ученые, образовалось в процессе образования.
|
|
|
|
"Мы можем сделать вывод, что в среднем на каждой из пяти отобранных планет скопилось количество твердых частиц, эквивалентное 50 массам Земли", - сказал он. "Такое большое количество твердых частиц можно найти только в тех случаях, когда возраст системы моложе 2 миллионов лет, но в нашей Солнечной системе общее количество доступных твердых частиц составляет порядка 30-50 масс Земли".
|
|
|
|
Эти новые данные предполагают, что строительные блоки, использованные для формирования экзопланет, были доступны на более ранней стадии эволюции протопланетного диска, чем предполагалось ранее, и доступность этих строительных блоков значительно снизилась за миллионы лет. По словам Ванга, поскольку ученые обычно не ожидают найти доказательства того, что планеты сформировались так рано, это открытие, которое нынешние теории, скорее всего, с трудом согласуют.
|
|
|
|
"Эти экзопланеты сформировались так рано, что все еще были доступны большие запасы металлов", - сказал Ван. "Это то, к чему научное сообщество не было полностью готово, поэтому теперь им придется ломать голову, чтобы придумать новые теории для объяснения этого".
|
|
|
|
Поскольку газовые гиганты притягивают огромное количество вещества во время аккреции, их образование и миграция в космосе также влияют на развитие каменистых планет в других частях протопланетного диска. Считается, что в Солнечной системе это явление привело к тому, что Юпитер и Сатурн столкнули Меркурий с его первоначальной орбиты, а Марс стал намного меньше Земли или Венеры.
|
|
|
|
Тем не менее, чтобы помочь астрономам, которые хотят провести аналогичный анализ формирования планет в будущем, работа также предоставляет статистическую основу для определения общей массы твердой аккреции для любой другой экзопланеты, что, как отмечается в исследовании, может стать идеальным инструментом для изучения других видов сложных элементарных данных.
|
|
|
|
Хотя это исследование основывалось исключительно на архивных данных, Ванг ожидает, что его работа будет дополнена новыми данными с высоким разрешением, собранными с помощью более совершенных приборов, таких как более мощные наземные астрономические обсерватории или технологии нового поколения, такие как космический телескоп Джеймса Уэбба.
|
|
|
|
"Расширив эту работу за счет более широкой выборки экзопланет, мы надеемся, что тенденция к получению доказательств, найденных в этой статье, сохранится", - сказал Ван.
|
|
|
|
Источник
|
