Прояснен процесс формирования газовых гигантов

Физики из Южного федерального университета с помощью математического моделирования установили механизм формирования газовых гигантов на примере системы HR 8799 – звезды в созвездии Пегаса, которая находится на расстоянии 129 световых лет от Солнца. Исследование проливает свет на происхождение сложных планетарных систем, содержащих большое количество планет-гигантов. Работа ученых поддержана грантом РНФ. Статья об исследовании опубликована в журнале Astronomy&Astrophysics.

Сейчас известно две теории формирования газовых гигантов: последовательная аккреция и гравитационная неустойчивость. Схожи они только в том, что предполагают формирование протопланетного диска – скопления космической пыли и газа. Дальнейшие процессы, предшествующие формированию небесного тела, в этих теориях существенно различаются. Согласно теории последовательной аккреции, крошечные частицы пыли слипаются в крупные объекты. Если такой объект набирает достаточно массы, он притягивает к себе много газа и превращается в газовый гигант наподобие Юпитера, а если нет — в каменистую планету или ледяной гигант, как Земля или Уран.

Основные недостатки этой теории заключаются в том, что на больших расстояниях от звезды скорость процесса существенно замедляется и газ может рассеяться до того, как планета сформируется. Теория гравитационной неустойчивости утверждает, что газовые гиганты формируются из-за внезапного гравитационного коллапса в наиболее плотных и холодных областях протопланетного диска. На сегодняшний день многие астрономы склоняются к теории последовательной аккреции, которая тем не менее не объясняет все разнообразие наблюдаемых экзопланет.

Используя основные положения теории гравитационной неустойчивости и результаты астрофизических измерений, ученые НИИ физики ЮФУ провели компьютерное моделирование для системы HR 8799, содержащей четыре газовых гиганта на больших расстояниях от звезды, и выяснили механизм формирования этих планет. Система HR 8799 находится на расстоянии 129 световых лет от Земли, астрономы обратили на нее пристальное внимание в 2010 году, когда впервые получили инфракрасный спектр одной из ее планет.

Астрофизики установили, что на начальном этапе формирования газового гиганта на краю протопланетного диска образуются газопылевые сгустки. Размеры этих сгустков во много раз превосходят размеры образующихся из них впоследствии планет. Орбиты таких сгустков неустойчивы, и по мере накопления массы они начинают мигрировать к родительской звезде. Обычно это приводит к тому, что сгусток падает на звезду. Из-за этого происходит мощная вспышка светимости, подобная той, что наблюдается у молодых звезд.

Ученые с помощью компьютерного моделирования показали, что такая миграция может остановиться, если вещество сгустка будет истекать из его внешних слоев, приводя к ускорению вращения сгустка вокруг звезды. Исследователи также выявили еще один процесс, важный для формирования газового гиганта, – нагрев ядра сгустка в результате миграции к звезде с последующим распадом молекул водорода на атомы. Такая реакция приводит к быстрому сжатию сгустка и формированию плотного ядра протопланеты, которая затем эволюционирует в планету-гигант.

«Мы описали механизмы эволюции газовых гигантов от газопылевого сгустка до протопланеты на примере системы звезды HR 8799. В дальнейшем мы планируем изучить последующую эволюцию протопланет, чтобы объяснить архитектуру планетарных систем, подобных той, что мы рассмотрели в этой работе», – заключает автор исследования, ведущий научный сотрудник НИИ физики ЮФУ Эдуард Воробьев.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.