Планеты-гиганты выбирают для себя особые орбиты
Гигантские газовые планеты, подобные Юпитеру и Сатурну, не занимают орбиты на константном расстоянии от звезды, гиганты предпочитают занимать определенные области в звездных системах, избегая других мест.
«Результаты нашего исследования показывают, что распределение планет не зависит от расстояния до звезды, но тем не менее четко прослеживаются области, которые астрономы называют «пустыни», где плотность планет маленькая, и области, переполненные планетами», - сказала Илария Паскуччи, доцент в Лаборатории Луны и планет Аризонского университета.
«Мы разработали модель, которая может объяснить, почему планеты скапливаются в определенных местах и игнорируют другие локации; эту симуляцию помогло построить недавнее исследование экзопанет», - сказал Ричард Александер из Лестерского университета в Соединенном Королевстве.
Александер и Паскуччи идентифицировали высокоэнергетическую радиацию, исходящую от молодой звезды, подобной Солнцу. Ученые считают, что это излучение может быть той силой, которая «вырезает бреши» в протопланетарных дисках, облаках газа, и циркулирует возле молодых звезд, притягивая материал для формирования планет. Тогда эти «бреши» действуют как ограждения, и планеты «загоняются» в определенные орбиты. Точные местоположения этих промежутков зависят от массы планет.
Согласно общепринятому мнению, Солнечная система зародилась из облака газа и пыли. В центре предполагаемой Солнечной системы уплотняется материал, формируя молодую звезду. Когда новорожденная звезда подрастает, ее гравитационная сила также увеличивается и начинает притягивать пыль и газ из окружающего облака.
Новые компьютерные симуляции предполагают существование высокоэнергетической радиации от звезды-младенца, которая создает «промежутки» в молодых звездных системах, приводя к «нагромождениям» планет-гигантов в определенных орбитах (фото sciencedaily.com)
Ускоряемое растущей гравитацией звезды, облако вращается все быстрее и, в конце концов, превращается в структуру, которая называется протопланетарным диском. Даже когда сформирована большая часть звезды, светило все еще питается материалом от протопланетарного диска, но в значительно меньшей степени.
«Длительное время считалось, что процесс поглощения материала от диска полностью объясняет его истончение, - говорит Паскуччи. – Но наши результаты дают основание предполагать, что есть еще какой-то процесс, который извлекает материал из диска».
Этот процесс, названный фотоиспарением, инициируется высокоэнергетическими фотонами, испускаемыми звездой и нагревающими пыль и газ на поверхности протопланетарного диска.
«Материал, который находится на близком расстоянии к звезде, очень горячий, но он удерживается на месте сильной гравитацией звезды, - сказал Александер. – Дальше от звезды - в самом диске, где сила тяжести значительно слабее, - горячий газ испаряется в космос».
Еще глубже в диске радиация, исходящая от звезды, довольно слаба, чтобы нагреть газ достаточно для вызова процесса испарения. Но на расстоянии 1-2 а. е. баланс гравитации и высокой температуры очищает промежуток пространства, образуя «бреши», говорят исследователи.
Изучая протопланетарные диски, Паскуччи обнаружила, что газ на поверхности диска не привязан гравитацией и удаляется он из дисковой системы фотоиспарением, как Александер предсказал ранее. «Группа под руководством Александера была первой, кто доказал, что фотоиспарение действительно происходит в звездных системах», - сказала она.
Тогда Александер и Паскуччи решили создать модель протопланетарного диска, учитывая процесс фотоиспарения.
«Мы еще не знаем точно, где и когда вокруг молодых звезд формируются планеты, таким образом, наши модели рассматривают развитие звездных систем в контексте различных сценариев поведения гигантских планет, в различных местоположениях, в различное время», - сказал Александер.
Эксперименты показали, что гигантские планеты мигрируют вглубь системы прежде, чем они обоснуются на устойчивой орбите возле их звезды. Но как только гигантская планета сталкивается с «брешью», созданной фотоиспарением, она фиксируется в определенном местоположении.
«Планеты оседают или перед, или за промежутком, иногда от этого получается «скученность» планет, - говорит Паскуччи. – Концентрация планет в наблюдаемых нами звездных системах не бывает равномерной, всегда где-то есть пустоты, а где-то переполненности».
Миссии по обнаружению систем экзопланет, такие как проект Космического телескопа «Кеплер», например, становятся более чувствительными к газовым гигантам. Александер и Паскуччи ожидают получить больше доказательств своей модели.
Результаты исследования опубликованы в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Исследование финансировалось Национальным научным фондом и фондом Science & Technology Facilities Council Великобритании.
Комментарии читателей