Czy gdyby obcy astronomowie żyjący wokół odległej gwiazdy, zaczeliby badać młode Śłońce 4,5 miliarda lat temu, to możliwe, że zobaczyli znaki nowo formującej się Ziemi orbitującej wokół żółtej gwiazdy? Odpowiedź na to pytanie według Scotta Kenyona z Smithsonian Astrophysical Observatory i Benjamina Bromleya z University of Utah, brzmi tak. Według ich modelu komputerowego, można wykorzystać te same przejawy kształtowania się planety do znalezienia miejsc gdzie ziemiopodobne planety obecnie się formują.
Kluczem do zlokalizowania nowonarodzonej
Odpowiednie
Chociaż planety mogą być powszechne, to są trudne do zaobserwowania, ponieważ są za słabo widoczne i krążą za blisko o wiele jaśniejszych gwiazd. Astronomowie szukają planet poprzez pośdrednie dowody ich obecności. W młodych systemach planetarnych, ten dowód znajduje się w dyskach protoplanetarnych i w tym jak planeta oddziałuje na dysk, z którego powstała.
Duże, Jowiszo podobne planety silnie oddziaływują grawitacyjnie. Ta grawitacja ma silny wpływ na dysk pyłowy. Pojedyncze Jowisze mogą stworzyć w dysku dziurę, wykrzywić dysk, albo stworzyć koncentracje pyłu, które powodują w dysku ślad, który wygląda jakby przepłynęła po nim łódź. Obecność gazowych gigantów może wytłumaczyć takie wzory wokół Vegi,
Małe ziemiopodobne światy mają mniejszą grawitację. Ich wpływ na dysk jest o wiele słabszy i zostawiają o wiele subtelniejsze ślady swojej obecności. Raczej zamiast szukając wypaczeń, Kenyon i Bromley zalecają szukanie gwiazd jasnych w podczerwieni.
Gwiazdy z dyskami pyłowymi są jaśniejsze w podczerwieni niż gwiazdy bez dysków. Gwiazdy z większą ilością pyłu w systemie, są jaśniejsze w promieniowaniu podczerwonym. Kenyon i Bromley pokazali jak astronomowie mogą używać podczerwieni nie tylko do odnajdywania dysków, ale także mogą one powiedzieć gdzie ziemiopodobne planety tworzą się w dysku.
„My pierwsi obliczyliśmy oczekiwane poziomy pyłu produkowanego i powiązanego z promieniowaniem podczerwonym, a także pierwsi zademonstrowaliśmy jak formowanie sie ziemskiej planety zwiększa ilość pyłu” – powiedział Bromley.
Najbardziej rozpowszechniona teoria o formowaniu się planet mówi o budowaniu planet „od podstaw„. Według teorii koagulacji, małe części sklejają się w coraz większe i większe, tak jak podczas budowania bałwana ze śniegu. Ewentualnie skalne bryły urastają do takich rozmiarów, że stają się prawdziwymi planetami.
Model formowania się planet Kenyona i Bromleya powstał dzięki komputerowemu programowi. „Zasiali” protoplanetarny dysk miliardem planetozymali o wielkości 1 km. Wszystkie okrążały centralną gwiazdę. Cały system został puszczony w ruch aby zobaczyć jak planety ewoluują z tych pierwotnych elementów. „Stworzyliśmy symulację tak realistyczną jak mogliśmy i wszystko oblicza w rozsądnym czasie„- powiedział Bromley.
Ten proces formowania się planet jest niezwykle skuteczny. Pierwsze kolizje pomiędzy planetozymalami są raczej mało brutalne, więc zderzające się obiekty mają skłonność do łączenia się i rozrastania. W typowej odległości jak Ziemia –
Tak jak planetozymale rosną i stają się bardziej masywne, tak samo ich grawitacja rośnie. Obiekty o rozmiarze około 1000 km zaczynają przyciągać mniejsze obiekty. Grawitacyjnie przyśpieszają małe, obiekty wielkości asteroid, do coraz większych prędkości. Podruszają się one z tak szybko, że gdy zderzają się to nie sklejają się tylko rozbijają się bardzo brutalnie. Gdy większe protoplanety ciągle rosną, to reszta skalnych planetozymali ściera się na proch.
„Pył, z którego formowały się planety, znajduję się w tej samej odległości od gwiazdy” – powiedział Kenyon. Rezultatem jest zwiększanie się temperatury pyłu tam gdzie planeta się formowała. Pył znajdujący się na
Obecnie model formowania się ziemiopodobnych planet Kenyona i Bromleya pokrywa tylko część Układu Słonecznego od orbity Wenus do połowy odległości pomiędzy Ziemią a
naukowcy modelują również formowanie się Pasa Kupiera – regionu małych, lodowych i skalnych obiektów znajdujących się za orbitą Neptuna. Następnym logicznym krokiem jest modelowanie formowania się gazowych gigantów takich jak Jowisz czy Saturn.
„Startujemy z krawędzi i idziemy do środka. Także pracujemy nad masą. Ziemia jest 1000 razy masywniejsza niż obiekt Pasa Kupiera a Jowisz jest 1000 razy masywniejszy niż Ziemia” – powiedział Kenyon. „Naszym celem jest modelowanie i zrozumienie formowania się całego Układu Słonecznego” – Kenyon uważa, że ich cel zostanie zrealizowany do końca dekady, gdy wzrost prędkości komputerów pozwoli na symulowanie całego Systemu Słonecznego.
Ten badania zostały opublikowane 20 lutego 2004 roku w artykule w Astrophysical Journal.