Нові дослідження і виявлені екзопланети кидають виклик теорії акреції на ядро ― основній нині теорії, яку використовують астрономи, щоб зрозуміти процес формування планет в Сонячній системі та біля інших зір.
Протягом багатьох років планетологи вважали, що їм вдалося з’ясувати найважливіші питання щодо формування планет. Але, після відкриття екзопланет, було виявлено планети навколо інших зір, походження яких не так легко пояснити. Тепер два нові дослідження, результати яких оприлюднено на зимовій зустрічі Американського астрономічного товариства (American Astronomical Society, AAS) в Сіетлі, з різним ступенем успіху кидають виклик провідній теорії формування планет.
Згідно з теорією акреції на ядро, невеликі камінці (галька) та камені в газопиловому диску навколо молодої зорі злипаються в протопланетні ядра. Поблизу зорі немає багато речовини, тому в цій зоні сформуються тільки малі, тверді планети. Але далі від зорі можуть утворитися набагато більші ядра. Як тільки вони стануть достатньо великими (приблизно в десять разів більше маси Землі), ці ядра швидко нарощують товсті газові оболонки. Цей процес — це те, що привело до утворення теперішніх планет-гігантів, які ми бачимо в Сонячній системі.
Злиття ядер веде до появи планет конкретних розмірів: або газ розсіється ще до того, як процес злиття розпочнеться, що приведе до утворення малих, твердих планет, або після злиття, що приводить до формування газових гігантів. У будь-якому разі планет, маса яких лежить в інтервалі між масами Нептуна і Сатурна, має бути дуже мало. Ба більше, достатньо великі ядра, які можуть підтримувати акрецію, формуються переважно за «сніговою лінією», де гази перетворюються на лід і злипаються, що допомагає планетам зростати.
Шукати субсатурни за межею снігової лінії, якщо вони існують, нелегко. Під час більшості нинішніх пошуків зосереджують увагу на планетах, що містяться близько до своїх зір. Тільки для таких екзопланет астрономи побачать достатню для їхнього виявлення кількість транзитів або виявлять коливання положення зорі, яке підтверджує існування планети.
Але метод мікролінзування допомагає знаходити планети на далеких орбітах. Мікролінзування відбувається тоді, коли перед зорею проходить інша зоря, тобто зоря на передньому плані для спостерігача. Гравітація зорі переднього плану заломлює й посилює світло зірки тла й вона раптово збільшує свою яскравість. Якщо зоря переднього плану має планету, то вона вплине також на збільшення яскравості зорі тла, навіть якщо планета лежить доволі далеко від своєї зорі.
Схема, що пояснює застосування методу мікролінзування для пошуку екзопланет з великими орбітами. Фото з сайту www.skyandtelescope.com.
Дайсуке Сузукі (Daisuke Suzuki) з японського Інституту космічної та астронавтичної науки разом з колегами перевірив ідею про існування субсатурнової «пустелі» (sub-Saturn desert), використавши групу з 30 планет, знайдених методом мікролінзування. Виявилося, існує в десять разів більше планет в діапазоні мас Нептун — Сатурн, ніж передбачають моделі, що ґрунтуються на теорії акреції на ядро. Щоправда, недавнє відкриття планети методом мікролінзування, названої OGLE-2012-BLG-0950, про що також було оголошено на зимовій зустрічі AAS, вписується в субсатурнову пустелю. Значення маси цієї планети лежить в межах від 31 до 47 мас Землі.
Але теорія акреції на ядро ― складна теорія. Група Сузукі робить свої прогнози, спираючись на результати комп’ютерного моделювання акреції ядра, яке має багато вільних параметрів.«Я передбачаю, що через рік моделювання відмінно відтворюватиме спостережуваний розподіл», — сказав Ґреґ Лафлін (Greg Laughlin) з Єльського університету, який не брав участі в дослідженні. «І не тому, що воно правильне, а тому, що коли вам дозволяється змінювати велику кількість параметрів, то гнучкі рамки мають забезпечити підходи до будь-якого плавно змінюваного розподілу будь-чого».
У двох словах, Сузукі з колегами кинув рукавичку до ніг теорії акреції на ядро, але ще треба з’ясувати, чи продовжиться дуель.
Друге дослідження розглядає субсатурни з іншого погляду. Щоб теорія акреції на ядро була дійсною для гарячих юпітерів — тих газових гігантів, які лежать біля своїх зір на близьких орбітах, ― теоретики мають взяти до уваги міграцію. Тобто, якщо гарячі юпітери спершу формуються далі від зорі, то вони мають взаємодіяти з диском або отримати гравітаційний поштовх від інших планет, щоб опинитися на своїх кінцевих, близьких орбітах.
Цей сценарій, що поєднує теорію акреції ядра та міграцію, здається, проявляється в діаграмах маса-період, які показують «пустелю» гарячих юпітерів на суперблизьких орбітах — імовірно, будь-які гарячі юпітери, які підходять занадто близько до зорі, потрапляють в неї.
Діаграми маса-період планет вказують на «пустелю» гарячих юпітерів на суперблизьких орбітах. Розрив може бути ознакою переходу юпітерів ближче до материнської зорі з далеких орбіт. Фото з сайту www.skyandtelescope.com.
Але, як зазначила Елізабет Бейлі (Elizabeth Bailey) з Каліфорнійського технологічного інституту (Caltech) на зустрічі AAS, ця «пустеля» має різко окреслену внутрішню межу. Якщо б гарячі юпітери розсіювалися близько до зорі гравітаційною взаємодією, то ця межа мала б нерівний вигляд. Бейлі вважає — вона може прогнозувати точну форму межі, якщо планети лежать там, де вони виникли, що називають формуванням на місці (in situ formation). «Якщо це правильно, то гарячі юпітери різняться своїм походженням від холодних юпітерів», ― сказала Бейлі.
Насправді, цей результат може бути дуже добрим для теорії акреції на ядро, говорить Лафлін. Виконані дослідження показали, що акреція на ядро можлива навіть у місцях з низькою щільністю і високою температурою, наприклад, поблизу материнської зорі.
«Дослідження показує, що цікаве розмежування гарячих юпітерів на діаграмі маса-період є природним наслідком акреції на ядро на місці», ― сказав Лафлін. «Це відбувається, крім того, без регульованих параметрів».
Справді, Бейлі та її співавтор Костянтин Батигін (також з Caltech) підкреслюють, що їхній результат не суперечить ідеї міграції — міграція може відбуватися в деяких системах і насправді, мабуть, трапилася в Сонячній системі, але це скоріше виняток, ніж правило.
За інф. з сайту www.skyandtelescope.com підготував Іван Крячко
