وجدت نظرية جديدة حول كيفية تشكل الكواكب ملاذات الاستقرار وسط الاضطرابات العنيفة في الغاز المتطاير الذي يحيط بنجم صغير. هذه المناطق المحمية هي حيث يمكن أن تبدأ الكواكب في التكون دون أن يتم تدميرها. ستنشر النظرية في عدد فبراير من مجلة إيكاروس.
"هذه طريقة أخرى لبدء الكوكب. قال ريتشارد دورسين ، أستاذ علم الفلك ورئيس هذا القسم في جامعة إنديانا بلومنغتون ، إنه يخلط بين النظريتين الرئيسيتين لتكوين الكوكب. Durisen هي شركة رائدة في استخدام أجهزة الكمبيوتر لنمذجة تكوين الكوكب.
من خلال مشاهدة عمليات المحاكاة التي تجريها على شاشة الكمبيوتر ، من السهل تخيل النظر إلى أسفل من موقع متميز في الفضاء بين النجوم ومشاهدة العملية تحدث بالفعل.
قرص أخضر من الغاز يدور حول نجم مركزي. في النهاية ، تبدأ الأذرع الحلزونية للأصفر في الظهور داخل القرص ، مما يشير إلى المناطق التي يصبح فيها الغاز أكثر كثافة. ثم تظهر بضع نقاط حمراء ، في البداية تلمح فقط ثم أكثر استقرارًا تدريجيًا. هذه المناطق الحمراء أكثر كثافة ، حيث تظهر أين تتراكم كتل الغاز التي قد تصبح لاحقًا كواكب.
الغازات المضطربة والأقراص الدوارة هي تركيبات رياضية تستخدم الديناميكا المائية ورسومات الكمبيوتر. تعرض شاشة الكمبيوتر نتائج حسابات العلماء كرسوم متحركة ملونة.
وأوضح دوريسن: "هذه أقراص الغاز والغبار التي يراها الفلكيون حول معظم النجوم الفتية ، والتي تتكون منها الكواكب". "إنهم مثل دوامة عملاقة تدور حول النجم في المدار. تشكل نظامنا الشمسي من مثل هذا القرص ".
يعرف العلماء الآن أكثر من 130 كوكبًا حول نجوم أخرى ، وكلها تقريبًا على الأقل ضخمة مثل المشتري. وقال "الكواكب الغازية العملاقة أكثر شيوعًا مما كنا نتوقع حتى قبل 10 سنوات". "الطبيعة جيدة في صنع هذه الكواكب."
ووفقًا لدوريسن ، فإن المفتاح لفهم كيفية صنع الكواكب هو ظاهرة تسمى عدم استقرار الجاذبية. يعتقد العلماء منذ فترة طويلة أنه إذا كانت أقراص الغاز حول النجوم ضخمة بما فيه الكفاية وبرودة كافية ، فإن هذه الاضطرابات تحدث ، مما يسمح لجاذبية القرص بإرهاق ضغط الغاز ويؤدي إلى انسداد أجزاء من القرص معًا وتشكيل كتل كثيفة ، والتي يمكن أن تصبح كواكب.
ومع ذلك ، فإن القرص غير المستقر بالجاذبية هو بيئة عنيفة. يمكن أن تؤدي التفاعلات مع مواد القرص الأخرى والكتل الأخرى إلى إلقاء كوكب محتمل في النجم المركزي أو تمزيقه تمامًا. إذا كانت الكواكب ستتشكل في قرص غير مستقر ، فإنها تحتاج إلى بيئة أكثر حماية ، ويعتقد Durisen أنه وجد واحدة.
مع تشغيل محاكاة له ، تتشكل حلقات الغاز في القرص على حافة منطقة غير مستقرة وتزداد كثافة. إذا انتقلت الجسيمات الصلبة المتراكمة في الحلقة بسرعة إلى منتصف الحلقة ، فقد يتشكل قلب الكوكب بشكل أسرع.
عامل الوقت مهم. أحد التحديات الرئيسية التي يواجهها Durisen والمنظرون الآخرون هو اكتشاف حديث من قبل علماء الفلك أن كواكب الغاز العملاقة مثل المشتري تتشكل بسرعة إلى حد ما وفقًا للمعايير الفلكية. عليهم - وإلا سيختفي الغاز الذي يحتاجونه.
قال دوريسن: "يعرف علماء الفلك الآن أن الأقراص الهائلة من الغازات حول النجوم الصغيرة تميل إلى التلاشي على مدى بضعة ملايين من السنين". "إذن هذه هي الفرصة لصنع كواكب غنية بالغاز. كوكب المشتري وزحل والكواكب الشائعة حول النجوم الأخرى كلها عمالقة غازية ، ويجب صنع تلك الكواكب خلال هذه النافذة التي تبلغ ملايين السنين عندما لا يزال هناك قدر كبير من قرص الغاز حولها. "
تسبب هذه الحاجة للسرعة مشاكل لأي نظرية مع نهج مهل لتكوين الكواكب ، مثل نظرية التراكم الأساسية التي كانت النموذج القياسي حتى وقت قريب.
"في نظرية التراكم الأساسية ، يبدأ تكوين الكواكب العملاقة الغازية بعملية مماثلة للطريقة التي تتراكم بها الكواكب مثل الأرض ،" أوضح دورسين. "تضرب الأجسام الصلبة بعضها البعض وتلتصق ببعضها البعض وتنمو في الحجم. إذا نما جسم صلب ليكون حوالي 10 أضعاف كتلة الأرض ، وهناك أيضًا غاز حوله ، فإنه يصبح ضخمًا بما يكفي لالتقاط الكثير من الغاز عن طريق الجاذبية. بمجرد حدوث ذلك ، ستحصل على نمو سريع لكوكب غاز عملاق ".
المشكلة هي أن الأمر يستغرق وقتًا طويلاً لتشكيل نواة صلبة بهذه الطريقة - في أي مكان من حوالي 10 مليون إلى 100 مليون سنة. قد تعمل النظرية للمشتري وزحل ، ولكن ليس لعشرات الكواكب حول النجوم الأخرى. تمتلك العديد من هذه الكواكب الأخرى كتلة المشتري عدة مرات ، ومن الصعب جدًا صنع مثل هذه الكواكب الضخمة عن طريق التراكم الأساسي.
تم اقتراح النظرية القائلة بأن عدم استقرار الجاذبية في حد ذاتها يمكن أن تشكل كواكب عملاقة للغاز لأول مرة منذ أكثر من 50 عامًا. تم إحياؤها مؤخرًا بسبب مشاكل في نظرية التراكم الأساسية. إن فكرة أن الكتل الهائلة من الغاز تنهار فجأة بسبب الجاذبية لتشكيل جسم كثيف ، ربما في مدارات قليلة ، تتناسب بالتأكيد مع الإطار الزمني المتاح ، ولكن لديها بعض المشاكل الخاصة بها.
وفقًا لنظرية عدم استقرار الجاذبية ، تتشكل الأذرع الحلزونية في قرص غاز ثم تنقسم إلى كتل في مدارات مختلفة. هذه الكتل تعيش وتنمو أكبر حتى تتشكل الكواكب حولها. يرى Durisen هذه المجموعات في محاكاة له - لكنها لا تدوم طويلاً.
وقال: "تطير الكتل حولها وتقطع وتتشكل وتتدمر مرارًا وتكرارًا". "إذا كانت عدم استقرار الجاذبية قوية بما فيه الكفاية ، فإن الذراع اللولبي سوف يتكسر إلى كتل. السؤال هو ، ماذا يحدث لهم؟ "
شارك في تأليف الورقة طالب الدكتوراه IU Kai Cai واثنان من طلاب Durisen السابقين: Annie C. Mejia ، زميل ما بعد الدكتوراه في قسم علم الفلك ، جامعة واشنطن ؛ وميغان ك. بيكيت ، الأستاذ المشارك في الفيزياء وعلم الفلك ، جامعة بوردو كالوميت.
المصدر الأصلي: بيان صحفي لجامعة إنديانا
