Як утворилися газові гіганти і чи існує Дев'ята планета — на ці запитання намагається відповісти
Про що нове дослідження?
За словами авторів, це дослідження допоможезрозуміти, як утворилися планети, як-от Земля. А ще його висновки натякають на те, що існує п'ятий газовий гігант, який ховається на відстані 80,5 млрд км від нашої планети.
Як вчені досліджують планети?
Зірки з'являються з величезних хмар, що кружляютькосмічного газу та пилу. Після того, як наше Сонце «зайнялося», рання Сонячна система все ще була заповнена первинним газовим диском - він зіграв важливу роль у формуванні та еволюції планет, включаючи газових гігантів.
Наприкінці ХХ століття вчені вважали, що газові гіганти Юпітер і Сатурн спочатку оберталися навколо Сонця по рівних, невеликих орбітах. Але було незрозуміло, чому орбіти саме такої форми.
У 2005 році міжнародна група вченихзапропонувала відповідь це питання: вони розробили модель Nice. Відповідно до неї, між цими планетами існувала нестабільність — хаотичний набір гравітаційних взаємодій, у яких утворилися такі орбіти.
Модель Nice досі залишається актуальноютеорією, але за останні 17 років у вчених виникли нові питання. Наприклад, спочатку вважалося, що нестабільність газового гіганта трапилася через сотні мільйонів років після розсіювання первинного газового диска, який породив Сонячну систему. Але є нові свідчення, за якими це сталося раніше. Це також порушує нові питання про те, як еволюціонувала внутрішня Сонячна система, де знаходиться Земля.
Що вирішили зробити автори нової роботи?
Автори нової роботи раніше припустили, щогазові гіганти у Сонячній системі мають такі рівні орбіти, бо так випарувався первинний газовий диск. Це могло б пояснити, чому планети розподілилися по орбітах набагато раніше, ніж спочатку передбачала модель Nice, і, можливо, навіть без нестабільності, яка їх підштовхнула туди.
«Нам спала на думку ідея, що планети-гіганти,можливо, могли пересуватися поширюватися за рахунок ефекту "відскоку". у міру розсіювання диска. Можливо вони ніколи не були нестабільними», — сказав Шон Реймонд з Університету Бордо у Франції. Далі автори вперше запропонували ідею ефекту «відскоку» та створили для неї моделювання всіх газових дисків та великих екзопланет.
«Ситуація в нашій Сонячній системі трохи інша,тому що Юпітер, Сатурн, Уран і Нептун розташовані на ширших орбітах, - сказав Бейбеей Лю, дослідник університету Чжецзянського в Китаї. — Ми зрозуміли, що це явище можна пояснити, якщо газовий диск розсіється зсередини».
Команда виявила, що це вивернуте навиворіт розсіювання стало природною причиною для нестабільності моделі Nice. У результаті автори переконалися у релевантності моделі Nice.
Як автори змінили усталену модель?
Ситуація, яка була на початку нестабільності,моделі авторів виглядає так само. У ній все ще є Сонце, що зароджується, оточене хмарою газу і пилу. І кілька молодих газових гігантів, які обертаються навколо зірки в цій хмарі.
Дослідники зазначають, що всі сонячні системиутворюються в диску з газу та пилу. Це природний побічний продукт, як формуються зірки. Але коли Сонце спалахнуло, воно почало спалювати своє ядерне паливо та генерувати сонячне світло, нагріваючи диск та видуючи його зсередини назовні.
Це створило зростаючу дірку у хмарі газу навколоСонце. У міру того, як діра росла, її край проходив орбітами кожного з газових гігантів. Згідно з комп'ютерним моделюванням команди, цей перехід з дуже високою ймовірністю призвів до тієї самої нестабільності планети-гіганта. Процес переміщення цих великих планет на їхні поточні орбіти також відбувається раніше порівняно з початковою шкалою тимчасової моделі Nice, що налічує сотні мільйонів років.
«Нестабільність виникає раніше, коли розсіюється газовий диск Сонця. Вона має відбутися від кількох мільйонів років до 10 млн років після народження Сонячної системи», - сказав Лю.
Нова модель також призводить до змішуванняматеріалу із зовнішньої та внутрішньої сонячної системи. Геохімія Землі припускає, що таке змішання мало статися, доки наша планета все ще знаходилася в процесі формування.
«Цей процес справді сколихне внутрішнюсонячну систему, і Земля може з'явитися саме з нього, - сказав Джейкобсон - це цілком узгоджується зі спостереженнями». За словами команди, їхня наступна мета — вивчення зв'язку між нестабільністю та формуванням Землі.
Як з'явилася відкрита планета?
Джейкобсон сказав, що їхня робота стосується одного з найпопулярніших питань про нашу Сонячну систему: скільки в ній планет. В даний час відповідь - вісім.
Автори відзначають, що модель Nice працювала небагатокраще, за умови, що у ранній Сонячній системі було п'ять газових гігантів замість чотирьох. Це натяк на Дев'яту планету, про яку останні роки активно сперечаються вчені. Згідно з моделлю, цю додаткову планету викинуло з нашої Сонячної системи під час нестабільності.
Але у 2015 році дослідники Каліфорнійськоготехнологічного інституту виявили докази того, що на околиці Сонячної системи, приблизно 80,5 млрд км від Сонця, все ще може існувати невідкрита планета.
Досі немає конкретних доказів того, щоця гіпотетична планета — на прізвисько Планета X або Дев'ята планета — або додаткова планета з Nice дійсно існують. Тим не менш, всі ці об'єкти можуть бути тим самим.
Джейкобсон і його колеги не змогли відповісти на це питання безпосередньо за допомогою своїх симуляцій, але вони збираються перевірити, чи їхня модель краще для чотирьох або п'яти газових гігантів.
У будь-якому випадку людство має незабаром отримативідповідь на це питання. Обсерваторія Віри Рубін, яку планується ввести в експлуатацію до кінця 2023 року, має виявити Дев'яту планету, якщо вона існує. Планується, що інструмент вивчатиме слабке мікролінзування у глибокому космосі, а також малі тіла Сонячної системи.
Астрономи провели розрахунки, які показали, щоТелескоп зможе реєструвати принаймні кілька таких спалахів на рік. В цьому випадку вчені зможуть підтвердити, що Дев'ята планета є чорною діркою, і надалі з'ясувати її орбітальні параметри.
Читати далі
Подивіться у прямому ефірі, як астероїд розміром з автобус наближається до Землі
Астрономи знайшли планету неподалік Землі: у неї дуже дивна орбіта
За нею полювали століттями: що нам відомо про планету Вулкан поруч із Сонцем