Астрономы рассказали как формировался Юпитер
Исследователи университетов Берна и Цюриха и ETH Zürich наконец-то смогли показать как именно был сформирован Юпитер. Данные, собранные из метеоритов, показали, что рост гигантской планеты замедлился на 2 миллиона лет. Теперь исследователи нашли объяснение — причиной замедления стало столкновение со скалистыми телами диаметром примерно в километр, что приводило к значительным выбросам энергии и останавливало процессы аккреции газа, что собственно и замедляло рост планеты.
При диаметре экватора около 143 000 километров Юпитер представляет собой самая объемную планету в Солнечной системе и имеет массу в 300 масс Земли. Механизм формирования гигантских планет, таких как Юпитер, обсуждался в течение нескольких десятилетий. Теперь астрофизики из Швейцарского национального центра компетенции в исследованиях (NCCR) PlanetS в сотрудничестве с университетами Берна и Цюриха и ETH Zürich смогли предыдущие вопросы о том, как именно был сформирован Юпитер. Результаты исследований были опубликованы в Nature Astronomy.
«Мы смогли показать рост Юпитера на разных фазах», — сообщила Джулия Вентурини, ученый из Цюрихского университета.
«Особенно интересно то, что мы обнаружили космические тела, которые даровали ему не только массу, но и энергию», — добавил Янн Алиберт, научный сотрудник PlanetS и первый автор статьи.
Во-первых, согласно новой модели, зародышу планеты планеты потребовалось всего несколько миллионов лет для того, чтобы сформировать свое ядро так как его питали совсем небольшие космические тела диаметром всего в один сантиметр. В последующие 2 миллиона лет аккреция протекала намного медленнее, так как планета «питалась» более крупными километровыми породами, называемых планетезималями. Они наделяли растущую планету энергией, выделяя тепло.
«На первом этапе массу планету сформировали мелкие тела», — объяснил Янн Алиберт. На второй фазе планетезимали добавили совсем немного массы, но что более важно, они наделили планету энергией». Спустя 3 миллиона лет Юпитер вырос до 50 масс Земли. На третьей фазе формирования доминировала ускоренная газовая аккреция, которая и сформировала в итоге газовый гигант в 300 земных масс.
Новая модель формирования Юпитера была выведена согласно данным метеорита, представленным на конференции в США в прошлом году. Когда Джулия Вентурини и Янн Алиберт узнали результаты исследования, то были несколько ошарашены. Измерения состава метеоритов показали, что они были сформированы в первозданную эру Солнечной системы, когда солнечная туманность была разделена на две области в течение более 2 миллионов лет. Поэтому можно сделать вывод, что Юпитер был как своего рода барьер в период роста от 20 до 50 масс Земли. В течение этого периода формирующая планета, должно быть, нарушала пылевой диск, создавая сверхплотность, которая захватывала небольшие тела за пределами ее орбиты. Поэтому материал из внешних регионов не мог смешиваться с материалом внутренних областей до тех пор, пока планета не достигла достаточной массы, чтобы поглотить остальные породы.
«Как мог Юпитер вырасти с 20 до 50 масс Земли за 2 миллиона лет?» — спрашивает Джулия Вентурини. «Это же слишком длинный период и поэтому у нас возник вопрос, который и стал мотивацией к нашему исследованию».
Сначала была долгая дискуссия по электронной почте между исследователями NCCR PlanetS из университетов Берна и Цюриха и ETH Zürich, а после уже подключились и эксперты в области астрофизики, космической химии и гидродинамики в Берне.
«Через пару часов мы знали, на что нам нужно было рассчитать в нашем исследовании», — отметил Янн Алиберт: «Это было возможно только в рамках НКРС, которая связывает ученых из разных областей».
По подсчетам исследователей, период, в течение которого молодая планета имела массу в пределах от 15 до 50 масс Земли, длился намного дольше, нежели считалось ранее. На этой фазе образования происходили столкновения газового гиганта с породами километрового диаметра, что давало достаточную энергию для нагрева газовой атмосферы молодого Юпитера и предотвращало быстрое охлаждение, сжатие и дальнейшую газовую аккрецию.
«Небольшие тела были важны на первых этапах формирования и это позволило быстро построить ядро, но тепло, выделяемое планетамилами, имеет решающее значение для замедления газовой аккреции и для того, чтобы оно соответствовало временным критериям метеорита», — написали в своей статье астрофизики.
Сейчас ученые убеждены, что результаты их исследования являются ключевыми элементами для решения других проблем, связанных с образованием Урана и Нептуна, а также экзопланет за пределами Солнечной системы.
