For at bygge en gasgigantplanet skal du bare tilføje småsten

Meget ungt planetarisk system

En kunstners opfattelse af et meget ungt planetsystem. En model af planetgeneration antyder, at kredsende småsten er nøglen til hurtigtdannende gasgiganter. (Billedkredit: NASA/JPL-Caltech)



Gas-gigantiske planeter som Jupiter og Saturn dannes hurtigt ved at øse byggesten i småsten og skubbe mindre potentielle planeter af vejen, tyder ny forskning på.



Stjerner fødes af langsomt roterende gasskyer, der falder indad; protostjerner drejer hurtigere og hurtigere i hjertet af en disk lavet af gas og støv. Over tid klumper støvkornene sammen for at danne småsten, planetesimaler i asteroider og til sidst hele planeter, der rydder veje gennem støvet og snavs. Men detaljerne i den planetdannende proces er stadig til debat.

En ny simulering besvarer vigtige spørgsmål om, hvordan den hurtigtvirkende småsten-tilvækst-model for gas-gigantdannelse fungerer, og lader blot et par planeter regere øverst og forviser mindre planeter og asteroider til udkanten, som i vores solsystem. [ Video: Bedste nogensinde visning af Exoplanet-fødsel ]



'Dette er den første model, vi ved om, at du starter med en temmelig enkel struktur for soltågen, hvorfra planeter dannes, og ender med det gigantiske planetsystem, som vi ser,' undersøger hovedforfatter Harold Levison, en astronom ved Southwest Research Institute (SwRI) i Colorado, fortalte guesswhozoo.com.

Grusstrøm

Tidligere teorier om planets dannelse var afhængige af en langsom opbygning fra støv til småsten-rester til bjerg- eller asteroider i størrelse, indtil disse spirende kerner voksede sig store nok til at gribe brint og heliumgas i nærheden og danne gasgiganter som dem, der kredser om solen. Men observationsbeviser antydede, at planeterne dannede sig hurtigt, før gassen omkring den nyfødte sol forsvandt - og chancerne for, at de gigantiske planetesimaler styrtede ind i hinanden og kombinerede var for lave til at danne massive planeter hurtigt nok.

I 2012 foreslog forskere Michiel Lambrechts og Anders Johansen fra Lunds universitet i Sverige en model, hvor små småsten, dannet af støvkorn, der smeltede sammen i kollisioner, holder nøglen til at lave gasgiganter hurtigt - op til 1000 gange hurtigere end den tidligere model.



'De viste, at de resterende småsten fra denne dannelsesproces, som man tidligere troede var uvæsentlige, faktisk kunne være en kæmpe løsning på det planetdannende problem,' sagde Levison.

Og nu har Levisons gruppe modelleret mere præcist, hvordan man kommer fra denne mekanisme til de typer systemer, vi ser ude i universet .

For at forstå, hvordan småsten får processen til at gå hurtigere, skal du springe fremad i tid fra dannelsen af ​​en stjerne.



Den unge stjerne er omkranset af en skive med gas, støv og småsten, med lejlighedsvis større bidder af stof, der har klumpet sig sammen over tid. Disse bidder kollapser under deres egen tyngdekraft til planetesimaler og planatære embryoner, kroppe, der er store nok til at have deres egne, uafhængige baner, men de små småsten er stadig bremset af gassen i deres kredsløb og lettere forstyrret.

Hvis to store objekter nærmer sig hinanden i deres kredsløb, kan de bare gå videre. Men hvis en småsten nærmer sig et større legeme, vil den blive bremset nok af den omgivende gas til at blive trukket ind af det større objekts tyngdekraft og spiral ned for at tilføje sin masse til klumpen. Større klumper og planetesimaler kan tiltrække småsten fra 100 til 1.000 gange deres radius væk, suge dem ind og vokse sig større og større.

Og det er her, den nye simulering kommer ind. I den tidligste småsten-tiltrækningsmodel ender cirka 100 planetesimaler med at erhverve en lige stor andel småsten til hver at blive omkring 10 procent af Jordens størrelse, uden at nogen vokser store nok til at danne kernen af en gasgigant. Men i den nye model spiller de ikke pænt; de større objekter slår de mindre ud af vejen.

'De større objekter har nu en tendens til at sprede de mindre mere, end de mindre spreder dem tilbage, så de mindre ender med at blive spredt ud af rullesten,' undersøgte medforfatter Katherine Kretke, også fra SwRI, til guesswhozoo.com . 'Den større fyr mobber dybest set den mindre, så de kan spise alle småstenene selv, og de kan blive ved med at vokse op til at danne kernerne på de gigantiske planeter.' [Quiz: Hvor godt kender du vores solsystem? ]

Teamet fandt ud af, at under hensyntagen til disse interaktioner løser problemet med for mange små planetesimaler sig. Pebble-accretion processen danner planeter hurtigt, og systemet begynder at se meget velkendt ud.

'Vi er i stand til at tage disse indledende betingelser for' ret simpelt, med nogle planetesimaler og småsten ', og vokse til noget, der har et par kæmpe planeter, nogle iskolde kroppe udenfor, for at være Uranus og Neptun, og derudover en uforstyrret Kuiper Belt, 'sagde Kretke. 'Så stort set vores solsystem.'

En kunstner

En kunstners skildring af gas og støv, der skaber planeter omkring en ung stjerne.(Billedkredit: NASA/JPL-Caltech)

Op til fart

Den småstenbaserede model for gas-gigantdannelse fangede hurtigt, ifølge Levison, såvel som Johansen, en medforfatter af det første papir, der foreslog modellen.

Johansen har et gæt på hvorfor: 'Nogle gange får du en idé, der får tingene til at fungere bedre med en faktor 2 eller 5 eller noget,' sagde han til guesswhozoo.com. 'Man kan meget let vise med småsten, at det kan accelerere planetdannelsen med en faktor 1.000 - det er meget svært at komme uden om det. Det skal du tage meget alvorligt. '

Forskning som Levisons hjælper med at uddybe teorien ved hjælp af avancerede computersimuleringer til at finde ud af egenskaberne ved systemer dannet med en småsten-tilvækstproces. (Det tog omkring to uger at køre en fuld simulering af solsystemets dannelse.) Med disse data, sagde Johansen, kan forskere sammenligne disse egenskaber med dem, vi kender til i planeter i andre stjernesystemer for at se, hvor godt de matcher.

'Nogle historier om planetdannelse er' undgåelige '-det vil sige, der er alternative historier-men småsten-tilvæksthistorien er i en eller anden form sandsynligvis vigtig,' David Stevenson, planetforsker ved California Institute of Technology i Pasadena, der ikke var involveret i undersøgelsen, fortalte guesswhozoo.com via e -mail. 'Dette papir viser håb om at overvinde nogle af de tidligere identificerede vanskeligheder.'

Efterhånden som flere forskere modellerer og undersøger forskellige aspekter af en småsten-tilvækst-model, vil de kunne tegne et mere detaljeret billede af processen og hvad det betyder for vores solsystem og de andre, vi finder i hele galaksen.

'Det er en helt ny måde at se på planetdannelse, og folk finder stadig ud af, hvad det betyder,' sagde John Chambers, planetforsker ved Carnegie Institution i Washington. Chambers er heller ikke involveret i det nye modelleringsstudie, men han har undersøgt, hvad småsten-tilvækstprocessen ville betyde for solsystemets overordnede form.

'Men det rører bestemt tingene op,' sagde han til guesswhozoo.com.

Det nye værk var detaljeret online i dag (19. august) i tidsskriftet Nature .

Send en e -mail til Sarah Lewin på slewin@guesswhozoo.com eller følg hende @SarahExplains .Følg os @Spacedotcom , Facebook og Google+ . Original artikel om guesswhozoo.com .