Gazowe olbrzymy mogły powstać wcześniej niż sądzono
Astronomowie analizując archiwalne dane odkryli, że gazowe olbrzymy, egzoplanety o masie podobnej do Jowisza, uformowały się znacznie wcześniej niż pierwotnie zakładano.
Nowe badanie, przeprowadzone przez naukowców z Ohio State University, dostarczyło nowych informacji na temat czasu akrecji – procesu gromadzenia dużych ilości gazu, a także bogatych w węgiel i tlen cząstek stałych w celu uformowania dużych planet, takich jak Jowisz. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie The Astrophysical Journal.
Planety, również gazowe olbrzymy, powstają z dysków protoplanetarnych – wirujących obłoków pyłu i gazu, które pod wpływem grawitacji łączą się, Nowe badanie sugeruje, że akrecja następuje znacznie wcześniej, gdy dyski te są masywniejsze i znacznie młodsze niż wcześniej sądzono.
Podczas gdy liczba nowo potwierdzonych egzoplanet stale rośnie, pochodzenie tych światów i czynniki wpływające na ich powstawanie stanowią zagadkę, którą naukowcy wciąż próbują rozwiązać. Początkowo sądzono, że gazowe olbrzymy, podobne do Jowisza potrzebują od trzech do pięciu milionów lat, aby w pełni się uformować – ostatnie obserwacje sugerują, że proces ten może trwać jednak od jednego do dwóch milionów lat.
„Odkrycie podważa wcześniejsze teorie dotyczące wieku dysków protoplanetarnych, z których uformowały się planety. Wyniki mogą skłonić naukowców do ponownej oceny i rewizji teorii powstawania planet w Układzie Słonecznym i poza nim. Wszystko, co wiemy o egzoplanetach, można umieścić w kontekście Układu Słonecznego i odwrotnie. Zazwyczaj formowanie planet odbywa się oddolnie, co oznacza, że zaczyna się od małych obiektów, które rosną, tworząc większą bryłę, ale ta ścieżka wymaga czasu” – mówi Ji Wang z Ohio State University.
Chociaż termin „egzoplanety” odnosi się do obiektów, które znajdują się daleko poza granicami Układu Słonecznego, lepsze zrozumienie sposobu ich formowania może pomóc naukowcom uzyskać lepszy wgląd w ewolucję wczesnej Ziemi, której formacja była znacznie późniejsza niż Jowisza, ale miała na nią duży wpływ.
Złożenie, że planety powstają z łączenia się mniejszych części określane jest jako „teoria akrecji rdzenia”, ale innym możliwym mechanizmem jest to, że globy tworzą się w wyniku niestabilności grawitacyjnej – gdy większe zbitki materiału w dysku wokół gwiazdy są zbyt masywne, aby się utrzymać i zapadają się, tworząc planety. Ponieważ historia akrecji planet może być powiązana z tymi dwoma mechanizmami ewolucyjnymi, zdaniem naukowców ważne jest ustalenie, który proces jest bardziej powszechny.
W ramach nowego badania, wykorzystującego dane archiwalne, przeanalizowano siedem egzoplanet, których właściwości chemiczne gwiazd i planet zostały już bezpośrednio zmierzone w poprzednich obserwacjach, i porównano je z danymi dotyczącymi gazowych gigantów w naszym Układzie Słonecznym, Jowisza i Saturna.
Astronomowie wykazali, że wczesne formowanie się tych planet jest zgodne z najnowszymi dowodami na to, że Jowisz powstał się znacznie wcześniej niż sądzono. Odkrycie to opiera się na zaskakująco dużej ilości ciał stałych zgromadzonych przez te obce gazowe olbrzymy.
Wszystkie materiały zgromadzone na początku formowania się planety zwiększają metaliczność jej atmosfery, a obserwując pozostawione przez nie ślady, naukowcy są w stanie zmierzyć ilość ciał stałych zgromadzonych przez dany glob.
„Im wyższa metaliczność, tym więcej ciał stałych i metali – wszystkiego w układzie okresowym bardziej masywnego niż wodór i hel – naukowcy mogą założyć, że zostały one zgromadzone podczas procesu formowania. Mogliśmy wywnioskować, że średnio pięć badanych planet zawierała ciała stałe o wadze równowartość 50 mas Ziemi. Tak dużą ilość można znaleźć tylko wtedy, gdy system ma mniej niż 2 miliony lat, ale w naszym Układzie Słonecznym całkowita ilość dostępnych ciał stałych jest rzędu 30 do 50 mas Ziemi” – twierdzi Ji Wang.
Nowe dane sugerują, że bloki budulcowe, z których powstały gazowe olbrzymy, były dostępne na wcześniejszym etapie ewolucji dysku protoplanetarnego niż oczekiwano, a ich dostępność znacznie spadła wraz z czasem. Badacze nie spodziewali się znaleźć dowodów na to, że planety mogły uformować się tak wcześnie.
„Te gazowe olbrzymy uformowały się tak wcześnie, że wciąż dostępny był duży rezerwuar metali. Jest to coś, na co społeczność naukowa nie była w pełni przygotowana, więc teraz będą musieli wymyślić nowe teorie, aby to wyjaśnić” – podkreśla Wang.
Ponieważ gazowe olbrzymy przyciągają ogromne ilości materii podczas akrecji, ich formowanie i migracja w przestrzeni kosmicznej wpływa również na wzrost planet skalistych w innych częściach dysku protoplanetarnego. Astronomowie uważają, że w Układzie Słonecznym zjawisko to spowodowało, że Jowisz i Saturn wypchnęły Merkurego z jego pierwotnej orbity, a Mars stał się znacznie mniejszy niż Ziemia czy Wenus.
Emil Gołoś
