kozmos.hr
Jeste li znali?

Od prašine do planeta – kako nastaju plinoviti divovi

objavljeno

Znanstvenici su razvili naprednu računalnu simulaciju kojom nastoje shvatiti proces nastanka plinovitih divova – kako u našoj galaksiji, tako i u Svemiru.

Plinoviti divovi

Plinoviti divovi napravljeni su od masivne čvrste jezgre okružene još većom masom helija i vodika. No, iako su ti planeti prilično česti u Svemiru, znanstvenici još uvijek ne razumiju u potpunosti kako nastaju.

Sada su astrofizičari Hiroshi Kobayashi sa Sveučilišta Nagoya i Hidekazu Tanaka sa Sveučilišta Tohoku razvili računalne simulacije koje istovremeno koriste više vrsta nebeske tvari kako bi stekli sveobuhvatnije razumijevanje o tome kako ovi kolosalni planeti rastu iz sitnih čestica prašine. Njihovi nalazi objavljeni su u The Astrophysical Journalu.

„Već znamo dosta o tome kako nastaju planeti. Prašina koja leži unutar dalekosežnih ‘protoplanetarnih diskova’ koji okružuju novonastale zvijezde sudara se i zgrušava stvarajući nebeska tijela koja se nazivaju planetesimali. Oni se zatim skupljaju u planete. Unatoč svemu što znamo, formiranje plinovitih divova, poput Jupitera i Saturna, već dugo zbunjuje znanstvenike,“ kaže Kobayashi.

Usporedba puteva formiranja planeta (©Hiroshi Kobayashi).

Problemi shvaćanja rasta plinovitih divova

To je problem, jer plinoviti divovi igraju veliku ulogu u formiranju potencijalno nastanjivih planeta unutar planetarnih sustava.

Da bi nastali plinski divovi, prvo moraju razviti čvrste jezgre koje imaju dovoljnu masu, otprilike deset puta veću od Zemljine, da povuku ogromne količine plina po kojima su nazvani. Znanstvenici se dugo trude razumjeti kako ove jezgre rastu.

Problem je dvojak. Prvo, rast jezgre iz jednostavnog nakupljanja obližnjih planetezimala trajao bi dulje od nekoliko milijuna godina tijekom kojih opstaju protoplanetarni diskovi koji sadrže prašinu. Drugo, formiranje planetarnih jezgri stupaju u interakciju s protoplanetarnim diskom, uzrokujući njihovu migraciju prema unutra prema središnjoj zvijezdi. To onemogućuje uvjete za nakupljanje plina.

Rezultat simulacije od prašine do planeta: Raspodjela mase tijela od prašine do planeta za oko 200 000 godina (©Hiroshi Kobayashi).

Novi pogled

Kako bi se uhvatili u koštac s ovim problemom, Kobayashi i Tanaka su koristili najmodernije računalne tehnologije kako bi razvili simulacije koje mogu modelirati kako se prašina koja leži unutar protoplanetarnog diska može sudariti i rasti kako bi formirala čvrstu jezgru potrebnu za akumulaciju plina. Glavni problem s dosadašnjim programima bio je taj što su mogli odvojeno simulirati samo planetezimalne ili šljunčane sudare. Međutim, kako pojašnjava Kobayashi, „novi program može upravljati nebeskim tijelima svih veličina i simulirati njihovu evoluciju putem sudara.“

Simulacije su pokazale da se kamenčići s vanjskih dijelova protoplanetarnog diska povlače prema unutra kako bi prerasli u ledene planetezimale na oko 10 astronomskih jedinica (au) od središnje zvijezde. Jedna astronomska jedinica predstavlja srednju udaljenost između Zemlje i Sunca. Jupiter i Saturn udaljeni su oko 5,2au odnosno 9,5au od Sunca. Prerastanje šljunka u ledene planetezimale povećava njihov broj u području planetarnog sustava u razvoju koje je udaljeno oko 6-9 au od središnje zvijezde. To potiče visoke stope rasta jezgre, što rezultira stvaranjem čvrstih jezgri dovoljno masivnih da akumuliraju plin i razviju se u plinske divove u razdoblju od oko 200 000 godina.

„Očekujemo da će naše istraživanje pomoći da se dovede do potpunog razjašnjenja podrijetla nastanjivih planeta, ne samo u Sunčevom sustavu, već i u drugim planetarnim sustavima oko zvijezda“, kaže Kobayashi.

Male zvijezde, smeđi patuljci i plinoviti divovi

Pridružite se raspravi u našoj Telegram grupi. KOZMOS Telegram

t.me/kozmoshr

Izvori:

Hiroshi Kobayashi et al, „Rapid Formation of Gas-giant Planets via Collisional Coagulation from Dust Grains to Planetary Cores,“ The Astrophysical Journal 922 (2021).

Nagoya University (12. siječnja 2022.), „From dust to planet: How gas giants form,“ phys.org (pristup 18. siječnja 2022.)

Student povijesti koji u slobodno vrijeme voli čitati i pisati o svojim najdražim temama - povijesti, svemiru i astronomiji - te uživa u gledanju svega povezanog sa Star Warsom.