Кредит: Unsplash/CC0
Согласно новому исследованию, новый взгляд на прошлые данные показывает, что экзопланеты с массами, похожими на Юпитер, сформировались гораздо раньше, чем предполагалось ранее. Результаты исследования Университета штата Огайо предоставляют новую информацию о сроках аккреции — процессе накопления большого количества газа, а также твердых частиц, богатых углеродом и кислородом для изготовления крупных планет, таких как Юпитер.
Исследование опубликовано в астрофизическом журнале.
Планеты образуются из протопланетарных дисков, вращающихся облаков пыли и газа, которые являются идеальными ингредиентами для формирования планеты. Это новое исследование предполагает, что аккреция происходит рано, когда диски являются огромными и намного моложе исследователей ранее.
В то время как число вновь подтвержденных экзопланетов продолжало расти, происхождение этих миров и факторы, которые влияют на их формирование, являются учеными -головоломками, все еще стремятся решить. Например, первоначально считалось, что экзопланеты, подобные Юпитеру, потребуются почти от 3 до 5 миллионов лет, чтобы полностью сформироваться; Недавние наблюдения теперь предполагают, что для такого газового гиганта, как Юпитер, этот процесс, вероятно, ближе к 1-2 миллионам лет.
Это открытие бросает вызов существующим теориям исследователей, касающихся «возраста» протопланетарных дисков, из которых были сформированы эти планеты, сказал Джи Ван, автор исследования и доцент в области астрономии в штате Огайо. Результаты могут заставить ученых переоценить и обновить их теории формирования планеты для солнечной системы и в других местах.
«Все, что мы знаем об экзопланетах, может быть помещено в контекст Солнечной системы и наоборот», — сказал Ван. «Обычно формирование планеты является схемой снизу вверх, то есть она начинается с небольших объектов, которые накапливаются, чтобы сформировать большую планету, но таким образом требуется время».
Хотя экзопланеты относятся к планетарным объектам, которые вращаются далеко за пределами нашей солнечной системы, понимание того, как они формируют, может помочь исследователям получить большее понимание эволюции Солнечной системы и ранней Земли, формирование которого было намного позже, чем у Юпитера, но все еще сильно пострадало.
«Низдо вверх» интерпретация планетарного образования называется «теорией основной аккреции», но еще один возможный механизм формирования-когда планеты формируются за счет гравитационной нестабильности-когда комки на диске вокруг звезды слишком массивны, чтобы поддерживать себя и коллапс, чтобы сформировать планеты. По словам Ванга, поскольку история аккреции планеты может быть тесно связана с этими двумя убедительными, но взаимодополняющими механизмами эволюции, важно определить, какой процесс чаще всего.
В исследовании проанализировано выборка из семи экзопланет, чьи звездные и планетарные химические свойства уже были непосредственно измерены по предыдущим исследованиям и сравнили их с данными о газовых гигантах в нашей солнечной системе, Юпитере и Сатурне.
Откройте для себя последние в науке, технологии и пространстве с более чем 100 000 подписчиков, которые полагаются на Phys.org для Daily Insights. Подпишитесь на нашу бесплатную рассылку и получите обновления о прорывах, инновациях и исследованиях, которые имеют значение — ежедневно или еженедельно.
Ван показал, что раннее образование этих экзопланет согласуется с недавними доказательствами того, что Юпитер сформировался намного раньше, чем считалось ранее. Этот вывод основан на удивительно большом количестве твердых веществ, которые эти экзопланеты аккреции.
Все материалы, нарастающие в начале формирования планеты, увеличивают металличность его атмосферы, и, наблюдая за следами, которые они оставляют, исследователи могут измерить количество твердых веществ, которое когда -то собрала планета.
Чем выше металличность, тем больше твердых веществ и металлов — все, что на периодической таблице, более массивной, чем водород и гелий — могут предположить, что стилисты были аккрецией в течение процесса образования, сказал Ван.
«Мы можем сделать вывод, что в среднем каждая из пяти планет, отобранных, нарастал эквивалент твердых веществ на 50 земных масс», — сказал он. «Такое большое количество твердых веществ может быть найдено только тогда, когда системе моложе 2 миллионов лет, но в нашей солнечной системе общее количество доступных твердых веществ содержится только по порядку от 30 до 50 масс Земли».
Эти новые данные подразумевают, что строительные блоки, используемые для формирования экзопланет, были доступны на более ранней стадии эволюции протопланетического диска, чем когда -то ожидалось, и доступность этих строительных блоков значительно снизилась на протяжении миллионов лет. По словам Ванг, поскольку ученые обычно не ожидают, что планеты сформировались в этом рано, это вывод, что текущие теории, вероятно, будут бороться за примирение.
«Эти экзопланеты сформировались настолько рано, что все еще имелся большой резервуар металлов», — сказал Ван. «Это то, к чему научное сообщество не было полностью подготовлено, поэтому теперь им придется сражаться, чтобы придумать новые теории, чтобы объяснить это».
Поскольку газовые гиганты тянут огромное количество материи во время аккреции, их формирование и миграция через космос также влияют на развитие скалистых планет в других местах на протопланетическом диске. В солнечной системе это явление, как полагают, заставило Юпитера и Сатурна вытащить Меркурий с его первоначальной орбиты и заставил Марса стать намного меньше, чем Земля или Венера.
Тем не менее, чтобы помочь астрономам, стремящимся провести аналогичный анализ планеты в будущем, работа также обеспечивает статистическую основу для вывода общей массы твердой аккреции для любой другой экзопланеты, которую примечания исследования могут быть идеальным инструментом для изучения других видов сложных элементных данных.
Хотя это исследование основывалось исключительно на архивных данных, Ван ожидает, что его работа будет дополнительно дополнена новыми данными с высоким разрешением, собранными лучшими инструментами, такими как более мощные наземные астрономические обсерватории или технологии следующего поколения, такие как космический телескоп Джеймса Уэбба.
«Расширяя эту работу с помощью более крупной выборки экзопланетов, мы надеемся увидеть, что тенденция доказательств, обнаруженных в этой статье, продолжает удерживать», — сказал Ван.
Информация от: Университетом штата Огайо
