תיאוריה חדשה כיצד צורת כוכבי הלכת מוצאת מקלטים של יציבות בתוך סערה אלימה בגז המסתחרר שמקיף כוכב צעיר. אזורים מוגנים אלה הם המקום שבו כוכבי לכת יכולים להתחיל להיווצר מבלי להיהרס. התיאוריה תפורסם בגיליון פברואר של כתב העת איקרוס.
"זו דרך נוספת להתחיל כוכב לכת. זה מתחתן עם שתי התיאוריות העיקריות של היווצרות כדור הארץ ", אמר ריצ'רד דוריסן, פרופסור לאסטרונומיה וכיו"ר המחלקה ההיא באוניברסיטת אינדיאנה בלומינגטון. דוריזן מובילה בשימוש במחשבים למודל יצירת כדור הארץ.
בצפייה בסימולציות שלו פועלות על צג מחשב, קל לדמיין את מבטו מנקודת תצפית במרחב הבין-כוכבי ולראות את התהליך מתרחש בפועל.
דיסק ירוק מורכב סביב כוכב מרכזי. בסופו של דבר, זרועות ספירליות של צהוב מתחילות להופיע בתוך הדיסק, מה שמצביע על אזורים שבהם הגז הולך ונעשה צפוף יותר. ואז מופיעים כמה כתמי אדום, בהתחלה רק רמזים אבל אחר כך יציבים יותר בהדרגה. אזורים אדומים אלה צפופים עוד יותר, ומראים היכן מצטברים המוני גז שעלולים להפוך לימים לכוכבי לכת.
הגזים הסוערים והדיסקים המתערבלים הם מבנים מתמטיים המשתמשים בהידרודינמיקה וגרפיקה ממוחשבת. צג המחשב מציג את תוצאות חישובי המדענים כהנפשות צבעוניות.
"אלה דיסקי הגז והאבק שהאסטרונומים רואים סביב רוב הכוכבים הצעירים מהם נוצרים כוכבי לכת," הסביר דוריסן. "הם כמו מערבולת ענק שמסתחררת סביב הכוכב במסלול. מערכת סולארית משלנו נוצרה מתוך דיסק כזה. "
מדענים יודעים כיום על יותר מ -130 כוכבי לכת סביב כוכבים אחרים, וכמעט כולם מסיביים לפחות כמו יופיטר. "כוכבי לכת ענקיים בגז נפוצים יותר ממה שהיינו יכולים לנחש אפילו לפני עשר שנים," אמר. "הטבע די טוב ביצירת כוכבי הלכת האלה."
המפתח להבנת האופן בו נוצרים כוכבי לכת הוא תופעה הנקראת חוסר יציבות בכבידה, על פי דוריזן. מדענים חשבו זה מכבר שאם דיסקי הגז סביב כוכבים הם מספיק מסיביים וקרים מספיק, חוסר היציבות הללו קורים, מה שמאפשר לכוח המשיכה של הכונן להציף את לחץ הגז ולגרום לחלקים מהדיסק להתכנס יחד ויוצרים גושים צפופים, שעלולים להפוך לכוכבי לכת.
עם זאת, דיסק לא יציב בכבידה הוא סביבה אלימה. אינטראקציות עם חומר דיסק אחר וגושים אחרים יכולים לזרוק כוכב לכת פוטנציאלי לכוכב המרכזי או לקרוע אותו לחלוטין. אם יווצרו כוכבי לכת בדיסק לא יציב, הם זקוקים לסביבה מוגנת יותר, ודוריסן חושב שהוא מצא כזו.
ככל שההדמיות שלו פועלות, טבעות גז נוצרות בדיסק בקצה אזור לא יציב והולכות וצפופות יותר. אם חלקיקים מוצקים המצטברים בטבעת נודדים במהירות לאמצע הטבעת, ליבת כדור הארץ עשויה להיווצר מהר הרבה יותר.
גורם הזמן חשוב. האתגר העיקרי שעומד בפני דוריזן ותאורטיקנים אחרים הוא תגלית שנערכה לאחרונה על ידי אסטרונומים כי כוכבי לכת ענקיים כמו יופיטר יוצרים די מהר על פי סטנדרטים אסטרונומיים. הם חייבים - אחרת הגז שהם זקוקים לו ייעלם.
"אסטרונומים יודעים כעת כי דיסקים מסיביים של גז סביב כוכבים צעירים נוטים להיעלם במהלך תקופה של כמה מיליוני שנים," אמר דוריסן. "אז זו הסיכוי ליצור כוכבי לכת עשירים בגז. יופיטר ושבתאי וכוכבי הלכת הנפוצים סביב כוכבים אחרים הם כולם ענקי גז, והכוכבים האלה צריכים להיעשות במהלך החלון הזה של כמה מיליוני שנים כאשר יש עדיין כמות משמעותית של דיסק גז בסביבה. "
צורך זה במהירות גורם לבעיות עבור כל תיאוריה עם גישה נינוחה ליצירת כוכבי לכת, כמו למשל תיאוריית ההתאמה העיקרית שהייתה המודל הסטנדרטי עד לאחרונה.
"בתיאוריית ההתאמה העיקרית, היווצרות כוכבי לכת ענקיים בגז מתחילה בתהליך הדומה לאופן בו מצטברים כוכבי לכת," הסביר דוריסן. "חפצים מוצקים פוגעים זה בזה ונצמדים זה לזה וצומחים בגודל. אם אובייקט מוצק גדל פי 10 ממסת כדור הארץ, ויש גם גז סביבו, הוא הופך להיות מסיבי מספיק כדי לתפוס הרבה מהגז על ידי כוח הכובד. ברגע שזה קורה אתה מקבל צמיחה מהירה של כוכב לכת ענקי גז. "
הבעיה היא, לוקח זמן רב ליצירת גרעין איתן ככה - בכל מקום בערך 10 מיליון עד 100 מיליון שנה. התיאוריה עשויה לעבוד עבור צדק ושבתאי, אך לא עבור עשרות כוכבי לכת סביב כוכבים אחרים. לרבים מכוכבי הלכת האחרים הללו יש מספר גדול של המונים של יופיטר, וקשה מאוד לייצר כוכבי לכת כה עצומים על ידי השבת ליבות.
התיאוריה כי חוסר יציבות כבידתית בכוחות עצמם יכולים ליצור כוכבי לכת ענקיים הוצעה לראשונה לפני יותר מחמישים שנה. זה לאחרונה קם לתחייה בגלל בעיות עם תיאוריית ההקרבה העיקרית. הרעיון שמסות גז אדירות מתמוטטות לפתע מכוח הכבידה ויוצרים אובייקט צפוף, אולי במעט מסלולי מסלול בודדים, מתאים בהחלט למסגרת הזמן הזמינה, אך יש לו כמה בעיות משלו.
על פי תיאוריית חוסר היציבות בכבידה, זרועות ספירלה נוצרות בדיסק גז ואז מתפרקות לגושים שנמצאים במסלולי מסלול שונים. גושים אלה שורדים ומתגדלים עד שנוצרו כוכבי לכת סביבם. דוריסן רואה את הגושים האלה בהדמיות שלו - אבל הם לא נמשכים זמן רב.
"הגושים מתעופפים ומתפשטים ומתהווים מחדש ונחרבים שוב ושוב," אמר. "אם חוסר היציבות בכבידה מספיק חזק, זרוע ספירלית תפרוץ לגושים. השאלה היא מה קורה להם? "
מחברי העיתון הם דוקטורנט IU קאי קאי ושניים מתלמידיו לשעבר של דוריסן: אנני סי. מג'יה, פוסט-דוקטורט במחלקה לאסטרונומיה, אוניברסיטת וושינגטון; ומייגן ק. פיקט, פרופסור חבר לפיזיקה ואסטרונומיה, אוניברסיטת פרדו.
המקור המקורי: מהדורת החדשות של אוניברסיטת אינדיאנה
