Print
Parent Category: Astronomi
Category: Exoplaneter

Standardmodellen for planetdannelser har længe haft et problem med at forklare de store gasplaneter, som - for at samle gas nok - lynhurtigt skal danne en fast kæmpeplanet, for at kunne suge gasserne til sig. Men det problem er nu løst!


Ironisk nok de største planeter i solsystemet sandsynligvis dannet først. For Jupiter og Saturn som mest består af brint og helium, må have samlet deres gasser før solvinden spredte gasserne i solsystemet. Og observationer af unge stjernesystemer viser at gasskiver der danner planeter, som regel har en levetid på kun 1 til 10 millioner år. Det betyder at de store gasplaneter i vores solsystem formodentlig også må være dannet inden for denne tidsramme. I modsætning til det, var Jorden formentlig 30-100 millioner år om at dannes.
Så hvordan kunne Jupiter og Saturn dannes så hurtigt?

Planetdannelse

Den mest udbredte teori for store gasplaneters dannelse, er den såkaldte "kerne tilvækst model". I denne model samles der først en planet-størrelse kerne af is og sten, som suger interstellart gas og støv til sig. Men denne model har en akilleshæl; specielt det allerførste skridt i processen. At akkumulere en massiv atmosfære om sig, kræver en fast kerne omkring 10x ​​Jordens masse. Men for at danne Uranus og Neptun, skulle de have samlet sig på kun et par millioner år.

I standardmodellen for planetdannelser, vokser klippefyldte kerner og assimileres gennem en proces kaldet 'akkretation', hvor store stenstykker, skaber bjerge som samler sig med andre bjerge, hvilket fører til endnu større objekter, og så videre. Men denne model er ikke i stand til at samle tilstrækkeligt store planetariske kerner hurtigt nok til at kunne forklare Saturn og Jupiters dannelser.

"Tidsskala-problemet har været en torn i øjet i et stykke tid; Det var ikke klart, hvordan objekter som Jupiter og Saturn overhovedet kunne eksistere" siger Dr. Hal Levison, forsker i SwRI Planetary Science Directorate og ledende forfatter af artiklen "Growing the Gas Giant Planets by the Gradual Accumulation of Pebbles"

Deres nye beregninger viser, at Jupiter og Saturns kerner kunne være dannet inden for 10 millioner år, hvis de voksede ved gradvist at akkumulere en mængde planetariske småsten – små kolde objekter på 30-40cm i diameter. Men nyere forskning har vist, at gas kan spille en afgørende rolle i at øge effektiviteten af ​​tilvækst. Dermed kan småsten der hvirvles ind i en spiral i kredsløbet samle sig, bistået af en gasformig modvind.

I artiklen viser de at sten tilvækst kan producere den observerede struktur af solsystemet, så længe småsten dannet langsomt nok til, at de voksende planeter har tid til gravitationelt interagere med hinanden.

"Hvis småsten dannes for hurtigt, ville rullesten-tilvækst føre til dannelsen af ​​hundredvis af Jordstørrelse iskerner," sagde Kretke. "De voksende kerner har brug for lidt tid til at slynge de konkurrende kerner væk fra de småsten og derved effektivt sulter dem. Det er grunden til at der kun dannes et par gasgiganter"

"Så vidt jeg ved, er denne den første model der kan reproducere strukturen i det ydre solsystem, med de 2 gas giganter (Uranus og Neptun), og et uberørt Kuiper bælte" siger Levison.

"Efter mange års computersimuleringer af standardmodellen, er det en lettelse endeligt at finde en ny model, der er så stor en succes," tilføjer Duncan.

Artiklen er lavet af forskere på Southwest Research Institute i USA og Queens University i Canada og offentliggøres i August 20 nummeret af Nature.

Kilde: '“planetary pebbles” were the building blocks for the largest planets' på SWRI