Меню

Альтернативная теория планетообразования

За последние 25 лет ученые открыли более 4000 планет за пределами нашей Солнечной системы. От относительно небольших каменных и водных миров до невероятно горячих газовых гигантов - эти планеты демонстрируют удивительное разнообразие.

В этом разнообразии нет ничего неожиданного. Компьютерные модели, используемые для изучения планетообразования, предсказывают такое разнообразие. Вот что остается до сих пор невыясненным, так это наблюдаемое массовое распределение экзопланет.

Большинство из них попадает в категорию промежуточных масс - с массой, примерно равной массе Нептуна. Даже в нашей системе образование Урана и Нептуна остается загадкой.

Ученые выдвинули альтернативную теорию планетообразования

Теперь ученые из университетов Кембриджа и Цюриха, связанные со швейцарской NCCR PlanetS, предложили альтернативное объяснение.Их результаты опубликованы в журнале Nature Astronomy.

«Когда планеты формируются из так называемого протопланетного диска из газа и пыли, движущим механизмом может быть гравитационная нестабильность», - уверен профессор Лючио Майер из Цюрихского университета.

В анализируемом процессе пыль и газ в диске сжимаются под действием силы тяжести и образуют плотные спиральные структуры, наподобие галактических. Затем они превращаются в планетарные строительные блоки и, в конечном итоге, в планеты.

Масштаб очень велик, если речь идет о протопланетном диске.

«Но на более коротких расстояниях - в масштабе отдельных планет - доминирует другая сила: магнитные поля, развивающиеся аместе с планетами», - уточняет Майер.

Эти магнитные поля возбуждают газ и пыль диска и влияют на формирование экзопланет.

«Чтобы получить полную картину, важно не только смоделировать крупномасштабную спиральную структуру в диске: также необходимо включить мелкомасштабные магнитные поля вокруг растущих планетарных строительных блоков», - поясняет доктор Хунпин Дэн из Кембриджского отделения прикладной математики и теоретической физики.

Однако различия в масштабе и природе гравитации и магнетизма затрудняют интеграцию этих двух сил в одну и ту же модель планетообразования. До сих пор компьютерное моделирование, хорошо отражающее действие одной из сил, плохо «сочеталось» с другой.

Чтобы добиться успеха, команда разработала новую технику моделирования. Требовалось глубокое теоретическое переосмысление категорий «гравитация» и «магнетизм». Затем они должны были найти способ перевести новое описание в код, который мог бы эффективно и, главное, неконфликтно вычислять эти противоположные силы. Наконец, из-за огромного количества вычислений потребовался мощный компьютер - использовался Piz Daint в Швейцарском национальном суперкомпьютерном центре (CSCS).

«С помощью нашей модели мы впервые смогли показать, что магнитные поля мешают растущим планетам накапливать массу сверх определенной точки», - указывает Дэн.

«В результате планеты-гиганты становятся более редкими, а планеты средней массы - гораздо более частыми - аналогично тому, что мы наблюдаем в действительности».

«Эти результаты - только первый шаг, но они ясно показывают важность учета большего количества физических процессов при моделировании формирования планет», - говорит соавтор Равит Хеллед из Цюрихского университета.

«Наше исследование помогает понять потенциальные пути образования планет средней массы, которые очень распространены в нашей галактике. Это также помогает нам понять протопланетные диски в целом».

Добавил:Всеволод Гордиенко Дата:2021-03-06 Раздел:Новости