Сложные компьютерные модели, с помощью которых ученые изучают формирование планет, показывают очень разные варианты возможных миров. Сложнее объяснить наблюдаемое распределение масс планет, обнаруженных вокруг других звезд. Большинство из них попали в категорию промежуточных масс — планет с массой от несколько масс Земли до массы Нептуна. Даже в контексте Солнечной системы образование Урана и Нептуна остается загадкой. Ученые из университетов Цюриха и Кембриджа, связанных со швейцарской NCCR PlanetS, предложили альтернативное объяснение, подкрепленное всесторонним моделированием.
За последние 25 лет ученые открыли более 4000 планет за пределами нашей Солнечной системы. От относительно небольших каменных и водных миров до невероятно горячих газовых гигантов — миры демонстрируют удивительное разнообразие и оно неожиданно.
«Когда планеты образуются из так называемого протопланетного диска из газа и пыли, движущим механизмом может быть гравитационная нестабильность. В этом процессе пыль и газ в диске слипаются под действием силы тяжести и образуют плотные спиральные структуры. Затем они превращаются в планетарные строительные блоки и, в конечном итоге, в планеты».
Лючио Майер, профессор вычислительной астрофизики в Цюрихском университете и член NCCR PlanetS
Масштаб, в котором происходит этот процесс, очень велик — он охватывает весь протопланетный диск. Но на более коротких расстояниях — в масштабе отдельных планет — преобладает другая сила: магнитные поля, развивающиеся рядом с планетами. Они возбуждают газ и пыль диска и таким образом влияют на формирование планет. Чтобы получить полное представление об этом процессе, важно не только смоделировать крупномасштабную спиральную структуру в диске. Также должны быть включены мелкомасштабные магнитные поля вокруг растущих планетных строительных блоков.
Однако различия в масштабе и природе гравитации и магнетизма делают две силы очень сложной задачей для интеграции в одну и ту же модель планетарного образования. Пока компьютерное моделирование, которое хорошо отражали действие одной из сил, обычно плохо работали с другой. Чтобы добиться успеха, команда разработала новую технику моделирования. Для этого требовались знания в различных областях: во-первых, им требовалось глубокое теоретическое понимание гравитации и магнетизма. Затем исследователи должны были найти способ перевести понимание в код, который мог бы эффективно вычислять эти противоположные силы в унисон. Наконец, из-за огромного количества необходимых вычислений потребовался мощный компьютер.
С помощью этой модели ученые смогли впервые показать, что магнитные поля мешают растущим планетам продолжать накапливать массу сверх определенной точки. В результате, планеты-гиганты становятся более редкими, а планеты промежуточных масс — гораздо более частыми.
Эти результаты — только первый шаг, но они ясно показывают важность учета большего количества физических процессов при моделировании формирования планет. Это исследование помогает понять потенциальные пути к образованию планет промежуточной массы, которые очень распространены в нашей галактике. Это также помогает нам понять протопланетные диски в целом.
Читать еще:
Аборты и наука: что будет с детьми, которых родят.
Посмотрите на изображение Марса из 8 триллионов пикселей.
На спутнике Сатурна Рее обнаружили следы ракетного топлива. Откуда оно там?
Посмотрите на самые красивые снимки «Хаббла». Что увидел телескоп за 30 лет?