Powszechnie akceptowanym założeniem astrofizyki jest, że gazowe olbrzymy jak Jowisz i Saturn powstają w czasie dłuższym niż milion lat z materii obiegającej młodą gwiazdę. Nowe badania sugerują jednak, że takie planety mogą powstać w znacznie krótszym okresie, nawet w ciągu kilkuset lat.

Formujące się planety muszą być w stanie przetrwać oddziaływanie płonącej pobliskiej gwiazdy, ogrzewającej i rozpraszającej gazy gromadzące się wokół planety olbrzyma. Według Thomasa R. Quinna, astrofizyka z University of Washington, jeśli proces powstawania planety trwa zbyt długo, promieniowanie gwiazdy rozproszy gazy.

Jeśli gazowy olbrzym nie jest w stanie powstać szybko, prawdopodobnie nie jest w stanie powstać w ogóle” – stwierdził Quinn.

Standardowy model powstawania planet mówi, że obracający się dysk materii, nazywany dyskiem protoplanetarnym, który otacza młodą gwiazdę stopniowo zbiera się w skupiskach, z których powstają jądra planet. Dotychczas sądzono, że taki proces trwa czas rzędu miliona lat, a olbrzymy stopniowo akumulują gazowe otoczki swoich jąder przez następny milion do 10 milionów lat.

Jednak nowe badania, opierające się dokładniejszych modelach matematycznych, sugerują, że dysk protoplanetarny zaczyna się dzielić już po kilku obrotach wokół gwiazdy. Gdy dysk dzieli się na fragmenty, skupiska materii zaczynają się szybko formować i zbierać gaz znajdujący się na ich drodze.

Jeśli planety nie mogłyby powstawać szybko, powinny być raczej rzadkim zjawiskiem. Jeśli jednak powstają zgodnie z szybkim mechanizmem – powinny być obiektami bardzo powszechnymi” – powiedział Quinn.

Istnienie gazowych olbrzymów okazało się być zjawiskiem powszechnym. Od połowy lat dziewięćdziesiątych uczeni odkryli poza Układem Słonecznym ponad 100 takich obiektów, o masach od masy Jowisza do dziesięciu jego mas. Zostały one odkryte dzięki wpływowi grawitacyjnemu jaki wywierają na gwiazdy wokół których krążą. Te odkrycia potwierdzają przypuszczenia Quinna.

Lucio Mayer z Uniwersytetu w Zurychu, jest głównym autorem pracy, która 29 listopada ukazała się w czasopiśmie Science. Poza Quinnem jej współautorami są James Wadsley z McMaster University w Kanadzie i Joachim Stadel z University of Victoria w Kanadzie. Ich badania finansowane były przez National Science Foundation i National Aeronautics and Space Administration’s Astrobiology Institute.

Od lat pięćdziesiątych niektórzy uczeni sugerowali, że wielkie planety musiały utworzyć się szybko. Jednak model, używający symulacji dynamicznych przepływów, nigdy nie został dopracowany tak dobrze, jak stało się to teraz. Grupa Mayera i Quinna poświęciła ostatnie dwa lata na doprecyzowanie obliczeń i sprawdzenie co stanie się z dyskiem protoplanetarnym w dłuższym czasie.

Nowy model wyjaśnia także pewne różnice w budowie bliższych Słońcu planet (Jowisza i Saturna) oraz tych które znajdują się dalej od niego (Urana i Neptuna). Dwie ostatnie planety nie posiadają gazowych otoczek. Różnice w ich budowie powstały już wtedy, gdy rodził się Układ Słoneczny i Słońce było częścią gromady gwiazd.

Jednak ani stary ani nowy model nie wyjaśniają dlaczego większość gazowych olbrzymów znajdujących się poza Układem Słonecznym krąży znacznie bliżej swoich gwiazd niż Jowisz i Saturn wokół Słońca. Jedna z hipotez mówi, że powstały one w dalszej odległości od swoich słońc i z biegiem czasu stopniowo emigrowały w ich kierunku.

Nowy model nie mówi też nic o powstawaniu planet wewnętrznych jak Ziemia czy Mars. Jednak Quinn podejrzewa, że te mniejsze obiekty powstawać mogły w dłuższym czasie, zgodnie ze standardowym model powstawania planet.

Autor

Michał Matraszek