Tajemství rychlého utváření planet

Výzkumníci vyvinuli nový model pro formování planet, který ukazuje, jak mohou poruchy v protoplanetárních discích rychle vytvořit plynné obry. Tento proces je efektivnější, než se dříve myslelo a odpovídá nedávným pozorováním vzdálených plynných obrů v jiných planetárních soustavách.

Naším bezprostředním vesmírným sousedstvím je Sluneční soustava. Známe ji dobře: Slunce ve středu; pak kamenné planety Merkur, Venuše, Země a Mars; a pak pás asteroidů; následují plynní obři Jupiter a Saturn; dále ledoví obři Uran a Neptun; a nakonec Kuiperův pás se svými kometami.

Ale jak dobře známe svůj domov? Předchozí teorie předpokládaly, že obří planety vznikají srážkami a nahromaděním nebeských těles podobných asteroidům, tzv. planetesimál, a následným nahromaděním plynu v průběhu milionů let. Tyto modely však nevysvětlují ani existenci plynných obrů umístěných daleko od jejich hvězd, ani vznik Uranu a Neptunu.

Inovativní model formování planet
Astrofyzici z Ludwig Maximilian University of Munich (LMU), ORIGINS Excellence Cluster a Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE) vyvinuli vůbec první model, který zahrnuje všechny nezbytné fyzikální procesy, které hrají roli při formování planet. Pomocí tohoto modelu prokázali, že prstencové poruchy v protoplanetárních discích, takzvaných substrukturách, mohou vyvolat rychlou tvorbu mnoha plynných obrů. Výsledky studie se shodují s nejnovějšími pozorováními a naznačují, že formování obřích planet by mohlo probíhat efektivněji a rychleji, než se dříve myslelo.

Dynamická akumulace prachu a růst planet
Na svém modelu vědci demonstrují, jak se milimetrové prachové částice aerodynamicky hromadí v turbulentním plynném disku a jak tato počáteční porucha v disku zachycuje prach a zabraňuje jeho úniku směrem ke hvězdě. Tato akumulace činí růst planet velmi efektivním, protože najednou je v kompaktní oblasti k dispozici mnoho stavebního materiálu a jsou přítomny správné podmínky pro vznik planet.

„Když se planeta dostatečně zvětší na to, aby ovlivnila plynný disk, vede to k obnovenému obohacení prachu dále v disku,“ vysvětluje Til Birnstiel, profesor teoretické astrofyziky na LMU a člen ORIGINS Cluster of Excellence. „Planeta přitom zažene prach – jako ovčácký pes honící své stádo – do oblasti mimo svou vlastní oběžnou dráhu.“ Proces začíná znovu, zevnitř ven, a může vzniknout další obří planeta. „Je to poprvé, co simulace sledovala proces, při kterém jemný prach roste do obřích planet,“ poznamenává Tommy Chi Ho Lau, hlavní autor studie a doktorand na LMU.

Důsledky pro tvorbu plynných obrů
V naší Sluneční soustavě se plynní obři nacházejí ve vzdálenosti asi 5 astronomických jednotek (AU) (Jupiter) až 30 AU (Neptun) od Slunce. Pro srovnání, Země je od Slunce vzdálena asi 150 milionů kilometrů, což odpovídá 1 AU.

Studie ukazuje, že v jiných planetárních systémech by porucha mohla uvést proces do pohybu na mnohem větší vzdálenosti a přesto by k němu došlo velmi rychle. Takové systémy byly v posledních letech často pozorovány rádiovou observatoří ALMA, která našla plynné obry v mladých discích ve vzdálenosti přes 200 AU. Model však také vysvětluje, proč naše Sluneční soustava po Neptunu zřejmě přestala tvořit další planety: stavební materiál byl prostě spotřebován.

Výsledky studie odpovídají současným pozorováním mladých planetárních systémů, které mají ve svých discích výrazné substruktury. Tyto substruktury hrají rozhodující roli při formování planet. Studie naznačuje, že formování obřích planet a plynných obrů probíhá s větší účinností a rychlostí, než se dříve předpokládalo. Tyto nové poznatky by mohly upřesnit naše chápání původu a vývoje obřích planet ve Sluneční soustavě a vysvětlit rozmanitost pozorovaných planetárních systémů.

Obrázky – credit: ESO/L. Calçada

Zdroj: https://scitechdaily.com/secrets-of-rapid-planet-formation-protoplanetary-puzzles-solved-at-hyper-speed/ a https://www.origins-cluster.de/en/news-events/news/detail/ai-shines-a-new-light-on-exoplanets

autor: František Martinek