Сформулирована компромиссная теория формирования планет

Профессор Лестерского университета (Великобритания) Сергей Наякшин сформулировал теорию роста планет, которая содержит элементы известных моделей аккреции на ядро и гравитационной нестабильности.

В первой из указанных моделей формирование планет-гигантов начинается с относительно небольшого каменистого ядра, которое «собирается» путём агломерации пылевых частиц, находящихся в протопланетном диске. Сначала скопления частиц постепенно растут и превращаются в планетезимали, а затем столкновения последних приводят к появлению ядра массой в 5–10 земных. После образования твёрдой сердцевины будущая планета быстро приобретает плотную атмосферу из газа, оставшегося в диске.

Автор модели гравитационной нестабильности Алан Босс (Alan Boss) предположил, что в протопланетном диске под действием собственного тяготения выделяются области повышенной плотности. Дальнейший их коллапс и втягивание окружающего вещества должны приводить к появлению планет-гигантов, ядра которых формируются при осаждении пыли, смешанной с газом.

Обе теории имеют экспериментальную поддержку, однако ни одна из них не может ответить на все вопросы. К примеру, моделирование аккреции на ядро показывает, что скорость этого процесса недостаточно велика; учёные также не могут найти устраивающий всех механизм объединения «булыжников» метрового размера, из которых должно вырастать ядро и которые сталкиваются друг с другом на высоких скоростях. Модель гравитационной нестабильности справляется с задачей быстрее, но многие специалисты сомневаются в том, что она корректно описывает условия в протопланетном диске.

Модель г-на Наякшина, опирающаяся на известные теории, описывает четыре стадии роста планет. Сначала на большом (превышающем 50 а. е.) расстоянии от звезды должны появиться сгустки газа массой примерно в десять юпитерианских. При образовании они имеют малые плотность и температуру, но со временем уменьшаются в размерах и нагреваются. Эти объекты передвигаются в пространстве диска, смещаясь в направлении светила. На третьем этапе в сгустках формируются ядра, причём развивается этот процесс примерно так, как диктует теория гравитационной нестабильности. Масса ядра в нашем примере — в случае сгустка солнечной металличности массой в 10 юпитерианских — может доходить до 60 земных.

Подходя к звезде, сгустки испытывают разрушительное действие её излучения и приливных сил. В результате мы можем получить небольшую планету земного типа с полностью удалённой газовой оболочкой, планету с массивным твёрдым ядром, которая потеряла бóльшую часть газа (аналог в Солнечной системе — Уран), или планету-гигант, напоминающую Юпитер или Сатурн. Судьба планеты, таким образом, определяется особенностями её миграции в диске.

По мнению автора, модель обладает необходимой гибкостью и хорошо согласуется с результатами наблюдений экзопланет самых разных типов.

Результаты моделирования изложены в серии препринтов ([1], [2], [3], [4]), которые можно скачать с сайта arXiv.

Подготовлено по материалам ScienceNews.

Текст: Дмитрий Сафин

Послушать эту новость