Jüpiter, Satürn veya Uranüs gibi gaz devlerinin, protoplanetary diskin tozundan güneş sisteminde nasıl hızla oluşabileceğini ve daha sonra tozu yörüngelerinin dışındaki alanlara nasıl itebileceğini gösteren bir modelin çizimi. Kaynak: © Thomas Zankl / crushedeyesmedia / LMU
Araştırmacılar, protoplanetary disklerdeki bozulmaların gaz devlerini nasıl hızla oluşturabileceğini gösteren yeni bir gezegen oluşumu modeli geliştirdiler. Bu süreç daha önce düşünülenden daha verimlidir ve uzak gaz devlerine ilişkin son gözlemlerle uyumludur.
Yakın kozmik komşumuz güneş sistemimizdir. Bunu iyi biliyoruz: merkezde Güneş; sonra kayalık gezegenler Merkür, VenüsDünya ve Mars; ve sonra asteroit kuşağı; ardından gaz devleri Jüpiter Ve Satürn; sonra buz devleri Uranüs Ve Neptün; ve son olarak kuyrukluyıldızlarıyla Kuiper Kuşağı.
Peki evimizi gerçekten ne kadar iyi tanıyoruz? Önceki teoriler, dev gezegenlerin asteroit benzeri gök cisimlerinin, yani planetesimallerin çarpışmaları ve birikimleri ve milyonlarca yıl boyunca gaz birikmesiyle oluştuğunu varsayıyordu. Ancak bu modeller, yıldızlarından uzakta bulunan gaz devlerinin varlığını veya Uranüs ve Neptün’ün oluşumunu açıklamıyor.
Yenilikçi Gezegen Oluşumu Modeli
Münih Ludwig Maximilian Üniversitesi (LMU), ORIGINS kümesi ve Max Planck Güneş Sistemi Araştırma Enstitüsü’nden astrofizikçiler (MPS) gezegen oluşumunda rol oynayan tüm gerekli fiziksel süreçleri içeren ilk modeli geliştirdi. Bu modeli kullanarak, alt yapılar olarak adlandırılan protoplanetary disklerdeki halkasal bozulmaların birden fazla gaz devinin hızlı oluşumunu tetikleyebileceğini gösterdiler. Çalışmanın sonuçları en son gözlemlerle uyuşuyor ve dev gezegenlerin oluşumunun daha önce düşünülenden daha verimli ve hızlı gerçekleşebileceğini gösteriyor.
“Bir gezegen gaz diskini etkileyecek kadar büyüdüğünde, bu diskin daha uzağında yenilenmiş toz zenginleşmesine yol açar. Bu süreçte gezegen tozu -sürüsünü kovalayan bir çoban köpeği gibi- kendi yörüngesinin dışındaki alana doğru iter.”
— Prof. Til Birnstiel
Dinamik Toz Birikimi ve Gezegen Büyümesi
Araştırmacılar, modelleriyle milimetre boyutundaki toz parçacıklarının türbülanslı gaz diskinde aerodinamik olarak nasıl biriktiğini ve diskteki bu ilk bozulmanın tozu nasıl hapsettiğini ve yıldıza doğru kaybolmasını nasıl engellediğini gösteriyor. Bu birikim, gezegenlerin büyümesini çok verimli hale getiriyor çünkü aniden kompakt bir alanda çok fazla “yapı malzemesi” mevcut oluyor ve gezegen oluşumu için doğru koşullar mevcut oluyor.
Til Birnstiel. Kredi bilgileri: Jan Greune / LMU
LMU’da Teorik Astrofizik Profesörü ve ORIGINS Mükemmeliyet Kümesi üyesi olan Til Birnstiel, “Bir gezegen gaz diskini etkileyecek kadar büyüdüğünde, bu diskin daha uzağında yenilenmiş toz zenginleşmesine yol açar,” diye açıklıyor. “Bu süreçte gezegen tozu -sürüsünü kovalayan bir çoban köpeği gibi- kendi yörüngesinin dışındaki alana doğru iter.” Süreç içeriden dışarıya doğru yeniden başlar ve başka bir dev gezegen oluşabilir. Çalışmanın baş yazarı ve LMU’da doktora adayı olan Tommy Chi Ho Lau, “Bu, bir simülasyonun ince tozun dev gezegenlere dönüşme sürecini izlediği ilk sefer,” diyor.
Gaz Devlerinin Oluşumuna İlişkin Sonuçlar
Güneş sistemimizde gaz devleri Güneş’ten yaklaşık 5 astronomik birim (au) (Jüpiter) ila 30 au (Neptün) uzaklıkta yer alır. Karşılaştırma yapmak gerekirse, Dünya Güneş’ten yaklaşık 150 milyon kilometre uzaklıktadır, bu da 1 au’ya eşittir.
Çalışma, diğer gezegen sistemlerinde bir bozulmanın süreci çok daha büyük mesafelerde harekete geçirebileceğini ve yine de çok hızlı gerçekleşebileceğini gösteriyor. Bu tür sistemler son yıllarda sıklıkla gözlemlendi. ALMA 200 au’dan daha uzak mesafede genç disklerde gaz devleri bulan radyo gözlemevi. Ancak, model ayrıca güneş sistemimizin Neptün’den sonra neden ek gezegenler oluşturmayı bıraktığını da açıklıyor: yapı malzemesi basitçe tükendi.
Çalışmanın sonuçları, disklerinde belirgin alt yapılar bulunan genç gezegen sistemlerinin güncel gözlemleriyle örtüşüyor. Bu alt yapılar gezegen oluşumunda belirleyici bir rol oynuyor. Çalışma, dev gezegenlerin ve gaz devlerinin oluşumunun daha önce varsayılandan daha büyük bir verimlilik ve hızla ilerlediğini gösteriyor. Bu yeni içgörüler, güneş sistemimizdeki dev gezegenlerin kökeni ve gelişimine ilişkin anlayışımızı geliştirebilir ve gözlemlenen gezegen sistemlerinin çeşitliliğini açıklayabilir.
Referans: Tommy Chi Ho Lau, Til Birnstiel, Joanna Drążkowska ve Sebastian Markus Stammler tarafından 31 Temmuz 2024’te “Disk alt yapısı tarafından başlatılan ardışık dev gezegen oluşumu” Astronomi ve Astrofizik.
DOI: 10.1051/0004-6361/202450464