Bilim adamları, kayalık gezegen oluşumu için birleşik bir teori ortaya koyuyor

Kayalık gezegenlerin nasıl oluştuğuna dair yeni bir teori, galaksideki en bol gezegen türü olan Dünya’dan birkaç kat daha büyük bir dış gezegen sınıfı olan “süper Dünyalar” ın kökenini açıklayabilir.

Dahası, tek bir gezegen sistemi içindeki süper-Dünyaların, sanki her sistem yalnızca tek bir tür gezegen üretebilecekmiş gibi, neden boyut olarak garip bir şekilde benzer göründüğünü açıklayabilir.

“Geçtiğimiz on yılda ötegezegenlere ilişkin gözlemlerimiz arttıkça, standart gezegen oluşumu teorisinin temellerden başlayarak revize edilmesi gerektiği açık hale geldi. Aynı anda dünyamızdaki karasal gezegenlerin oluşumunu açıklayabilecek bir teoriye ihtiyacımız var. Observatoire de la Côte d’Azur’dan Alessandro Morbidelli ile işbirliği yapan Caltech gezegen bilimi profesörü Konstantin Batygin, “güneş sisteminin yanı sıra, birçoğunun bileşimi kayalık görünen süper Dünyaların kendine benzer sistemlerinin kökenleri” diyor. Fransa yeni teoride. çalışmalarını açıklayan bir makale yayınlandı. Doğa Astronomisi 12 Ocak’ta.

Gezegen sistemleri yaşam döngülerine, birkaç milyon yıl kadar bir sürede birleşen büyük gaz ve toz diskleri olarak başlar. Gazın çoğu, sistemin merkezindeki yıldızın içinde toplanırken, katı madde yavaş yavaş asteroitler, kuyruklu yıldızlar, gezegenler ve aylar halinde birleşir.

Güneş sistemimizde iki farklı gezegen türü vardır: güneşe en yakın daha küçük kayalık iç gezegenler ve güneşten daha uzak, daha büyük, su ve hidrojen açısından zengin gaz devleri. Daha önceki bir çalışmada yayınlanan Doğa Astronomisi 2021 sonundabu ikilik Morbidelli, Batygin ve meslektaşlarını güneş sistemimizdeki gezegen oluşumunun protogezegen diskinde iki ayrı halkada meydana geldiğini öne sürmeye yöneltti: küçük kayalık gezegenlerin oluştuğu bir iç halka ve daha büyük kütleli buzlu gezegenler için bir dış halka (iki bunlardan – Jüpiter ve Satürn – daha sonra gaz devlerine dönüştüler).

Süper Dünyalar, adından da anlaşılacağı gibi, Dünya’dan daha büyük. Hatta bazıları, neredeyse gaz devi gibi görünmelerini sağlayan hidrojen atmosferlerine sahiptir. Dahası, genellikle yıldızlarına yakın yörüngede bulunurlar, bu da onların mevcut konumlarına daha uzak yörüngelerden göç ettiklerini düşündürür.

Morbidelli, “Birkaç yıl önce, protogezegen diskinin buzlu kısmında süper Dünyaların oluştuğu ve diskin iç kenarına, yıldızın yakınına kadar göç ettiği bir model oluşturduk” diyor. “Model, süper Dünyaların kütlelerini ve yörüngelerini açıklayabilir, ancak hepsinin su açısından zengin olduğunu tahmin etti. Bununla birlikte, son gözlemler, çoğu süper Dünya’nın, bir hidrojen atmosferi ile çevrili olsalar bile, Dünya gibi kayalık olduğunu göstermiştir. eski modelimiz için ölüm cezasıydı.”

Son beş yılda, bilim adamları olarak hikaye daha da tuhaflaştı – Caltech’te astronomi profesörü Andrew Howard liderliğindeki bir ekip; Notre Dame Üniversitesi’nde yardımcı doçent olan Lauren Weiss; ve daha önce Caltech’te Astronomi alanında Sagan Doktora Sonrası Araştırmacısı ve şimdi UCLA’da profesör olan Erik Petigura, bu ötegezegenleri incelediler ve alışılmadık bir keşifte bulundular: çok çeşitli süper Dünya türleri varken, tüm süper Dünyalar içlerinde tek bir gezegen sistemi, yörünge aralığı, boyut, kütle ve diğer temel özellikler açısından benzer olma eğilimindedir.

Batygin-Morbidelli makalesiyle doğrudan bağlantılı olmayan ancak makaleyi gözden geçiren Howard, “Lauren, tek bir gezegen sisteminde, süper Dünyaların ‘bakladaki bezelye’ gibi olduğunu keşfetti” diyor. “Temelde, yalnızca tek kütleli gezegenler yapmayı bilen bir gezegen fabrikanız var ve onları birbiri ardına fışkırtıyor.”

Öyleyse, güneş sistemimizdeki kayalık gezegenlerin yanı sıra tek tip kayalık süper-Dünya sistemlerini de hangi tek süreç oluşturmuş olabilir?

Batygin, “Cevap, 2020’de anladığımız ancak gezegen oluşumuna daha geniş bir şekilde uygulanmadığı bir şeyle ilgili çıktı” diyor.

2020 yılında yayınlanan bir makalede Astrofizik DergisiBatygin ve Morbidelli yeni bir teori önerdi Jüpiter’in en büyük dört uydusunun (Io, Europa, Ganymede ve Callisto) oluşumu için.

Özünde, belirli bir toz zerresi aralığı için, zerreleri Jüpiter’e doğru sürükleyen kuvvetin ve bu zerreleri dışarıya doğru bir gaz akışında taşıyan kuvvetin (veya sürüklemenin) birbirini mükemmel bir şekilde iptal ettiğini gösterdiler. Kuvvetlerdeki bu denge, ayların müteakip oluşumu için sağlam yapı taşlarını oluşturan bir malzeme halkası yarattı. Ayrıca teori, cisimlerin gazla yönlendirilen göç nedeniyle halkadan çıkacak kadar genişleyene kadar halkada büyüyeceğini öne sürüyor. Bundan sonra, büyümeyi durdururlar, bu da sürecin neden benzer boyutlarda gövdeler ürettiğini açıklar.

Batygin ve Morbidelli yeni makalelerinde, yıldızların etrafında gezegen oluşturma mekanizmasının büyük ölçüde aynı olduğunu öne sürüyorlar. Gezegensel durumda, katı kayalık malzemenin büyük ölçekli konsantrasyonu, diskte silikat süblimasyon hattı adı verilen dar bir bantta meydana gelir; bu bölge, silikat buharları katı, kayalık çakıl taşları oluşturmak üzere yoğunlaşır.

“Eğer bir toz tanesiyseniz, diskte hatırı sayılır bir ters rüzgar hissedersiniz çünkü gaz biraz daha yavaş yörüngede döner ve yıldıza doğru dönersiniz; yani buhardan katıya dönüştüğünüz yer, malzemenin biriktiği yerdir,” diyor Batygin.

Yeni teori, bu bandı, zamanla benzer boyutta birkaç kayalık gezegen üretebilen bir “gezegen fabrikası” için olası bir yer olarak tanımlıyor. Dahası, gezegenler yeterince kütle kazandıkça, diskle etkileşimleri bu dünyaları içe, yıldıza yaklaştırmaya yönelecektir.

Batygin ve Morbidelli’nin teorisi kapsamlı bilgisayar modellemesiyle destekleniyor ama basit bir soruyla başlıyor. Batygin, “Gezegen oluşumunun mevcut modeline baktık, gördüklerimizi yeniden üretmediğini biliyorduk ve ‘Hangi iddiayı hafife alıyoruz?’ diye sorduk.” “İşin püf noktası, herkesin doğru olarak kabul ettiği bir şeye, ama geçerli bir sebep olmaksızın bakmaktır.”

Bu durumda, varsayım, katı malzemenin ata-gezegen diskleri boyunca dağılmış olduğuydu. Batygin, bu varsayımı bir kenara atarak ve bunun yerine ilk katı cisimlerin halkalar halinde oluştuğunu varsayarak, yeni teorinin farklı gezegen sistemlerini birleşik bir çerçeve ile açıklayabileceğini söylüyor.

Kayalık halka çok fazla kütle içeriyorsa, gezegenler halkadan uzaklaşana kadar büyür ve sonuçta benzer süper Dünyalardan oluşan bir sistem ortaya çıkar. Halka az kütle içeriyorsa, güneş sistemimizin karasal gezegenlerine çok benzeyen bir sistem üretir.

Howard, “Ben bir gözlemci ve enstrüman üreticisiyim, ancak literatüre son derece yakın ilgi gösteriyorum” diyor. “Az ama yine de önemli katkılardan oluşan düzenli bir damla alıyoruz. Ama her beş yılda bir, birileri sahada sismik bir değişim yaratan bir şeyle çıkıyor. Bu, o gazetelerden biri.”