Теория аккреции, наиболее широко признанная теория формирования планет, утверждает, что мелкие частицы в протопланетном диске накапливаются и со временем образуют всё более крупные тела, называемые планетезималями. Однако эта теория с трудом объясняет существование газовых гигантов, формирующихся вдали от своих звёзд, и ледяных гигантов, таких как Уран и Нептун.
Теория аккреции была предложена еще в 1944 году Отто Шмидтом, который предположил, что каменистые планеты, подобные Земле, образовались из «метеорного материала». В 1960 году астроном Уильям МакКри предложил «теорию протопланет» на основе того, что планеты образуются в солнечной туманности. За прошедшие десятилетия теория аккреции была уточнена и дополнена, но в ней остались некоторые пробелы.
Согласно теории, формирование ядра, достаточно большого для того, чтобы стать газовым гигантом, занимает несколько миллионов лет, а протопланетные диски рассеиваются слишком быстро, чтобы это произошло. Кроме того, теория аккреции с трудом объясняет горячие Юпитеры и суперземли, обнаруженные в других солнечных системах.
Источник: LMU / Thomas Zankl
Новая модель, разработанная исследователями из Университета Людвига-Максимилиана в Мюнхене может заполнить эти пробелы. Их работа, опубликованная в журнале Astronomy and Astrophysics, называется «Последовательное формирование гигантских планет, инициированное дисковой субструктурой» (Sequential giant planet formation initiated by disc substructure).
Эта модель показывает, что подструктуры в протопланетном диске, называемые кольцевыми возмущениями, могут вызывать формирование нескольких газовых гигантов в быстрой последовательности. Мелкие, миллиметровые частицы пыли накапливаются в диске и попадают в кольцевые возмущения, образуя «миграционные ловушки». Большое количество материала, из которого формируются планеты, накапливается в этих компактных областях в диске, что и создаёт условия для быстрого формирования планет.
Процесс создаёт новый максимум давления на внешнем крае планетарного зазора, что запускает следующее поколение формирования планет. Это приводит к компактной цепочке гигантских планет, что мы и видим Солнечной системе. Процесс эффективен, поскольку первые образующиеся газовые гиганты не дают пыли, необходимой для формирования следующей планеты, дрейфовать вглубь к звезде.
Большая миллиметрово-субмиллиметровая антенная решетка Атакамы (ALMA) обнаружила газовые гиганты в молодых дисках на расстоянии более 200 а. е. В Солнечной системе Юпитер находится примерно в 5 а. е., а Нептун — примерно в 30 а. е. Авторы говорят, что их модель может объяснить все эти различные архитектуры.
«Это первый раз, когда моделирование отследило процесс, в ходе которого мелкая пыль превращается в гигантские планеты», — сказал Томми Чи Хо Лау, ведущий автор исследования. Новая модель может помочь астрономам лучше понять процесс формирования планет и объяснить существование газовых гигантов и ледяных гигантов.