Трехмерная структура протопланет с нестабильностью диска
Астрофизики из Университета Центрального Ланкашира (UCLan) обнаружили, что планеты сразу после формирования имеют сплющенную форму, а не сферическую, как считалось ранее. Исследование, принятое к публикации в журнале Astronomy & Astrophysical Letters, показывает, что протопланеты, которые представляют собой очень молодые планеты, недавно образовавшиеся вокруг звезд, представляют собой сплюснутые структуры, называемые сплюснутыми сфероидами. В настоящее время документ доступен на сервере препринтов arXiv.
Смоделированная молодая планета, вид сверху (слева) и сбоку (справа).
Фото: arXiv (2024). DOI: 10.48550/arxiv.2402.01432.
Команда из Института математики, физики и астрономии Джереми Хоррокса Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе использовала компьютерное моделирование для моделирования формирования планет в соответствии с теорией нестабильности дисков, которая предполагает, что протопланеты формируются в короткие сроки в результате распада больших вращающихся дисков планеты. Плотный газ, вращающийся вокруг молодых звезд.
Используя этот подход, команда определила свойства планет, сравнила их с наблюдениями и исследовала механизм образования газовых планет-гигантов. Они сосредоточились на исследовании формы молодых планет и того, как эти планеты могут вырасти и стать большими газовыми планетами-гигантами, даже больше, чем Юпитер. Они также исследовали свойства планет, формирующихся в различных физических условиях, таких как температура окружающей среды и плотность газа.
Доктор Адам Фентон, недавно получивший степень доктора философии, студент, руководил исследованием. Он сказал: «За последние три десятилетия было обнаружено множество экзопланет, которые представляют собой планеты, вращающиеся вокруг звезд в других солнечных системах за пределами нашей собственной. Несмотря на наблюдение многих тысяч из них, то, как они формируются, остается необъяснимым.
«Считается, что они образуются либо в результате «аккреции ядра», то есть постепенного роста частиц пыли, которые слипаются, образуя все более и более крупные объекты в течение длительного времени, либо непосредственно в результате разрушения больших вращающихся протозвездных дисков вокруг молодых звезд. в короткие сроки, что мы называем теорией нестабильности диска.
«Эта теория привлекательна тем, что большие планеты могут формироваться очень быстро на больших расстояниях от своей звезды, что объясняет некоторые наблюдения за экзопланетами.
«Это был чрезвычайно ресурсоемкий вычислительный проект, потребовавший полмиллиона процессорных часов в британском центре высокопроизводительных вычислений DiRAC. Но результаты были потрясающими и стоили затраченных усилий».
Компьютерное моделирование формирования планет в протозвездном диске.
Фото: arXiv (2024). DOI: 10.48550/arxiv.2402.01432.
Доктор Димитрис Стамателлос, преподаватель астрофизики в UCLan и соавтор исследования, сказал: «Мы изучаем формирование планет в течение длительного времени, но никогда раньше нам не приходило в голову проверить форму планет по мере их формирования в симуляциях всегда предполагал, что они сферические.
«Мы были очень удивлены, когда они оказались сплюснутыми сфероидами, очень похожими на умников».
Наблюдательное подтверждение уплощенной формы молодых планет может ответить на критический вопрос о том, как формируются планеты, указывая на менее популярную в настоящее время модель нестабильности диска, а не на стандартную теорию формирования планет путем аккреции ядра.
Исследователи также обнаружили, что новые планеты растут по мере того, как на них падает материал, преимущественно с полюсов, а не с экваторов.
Эти результаты имеют важное значение для наблюдений за молодыми планетами, поскольку они предполагают, что то, как планеты выглядят в телескоп, зависит от угла наблюдения. Подобные наблюдения за молодыми планетами важны для понимания механизма формирования планет.
Исследователи развивают это открытие с помощью улучшенных вычислительных моделей, чтобы изучить, как на форму этих планет влияет среда, в которой они формируются, и определить их химический состав для сравнения с будущими наблюдениями космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST).
Наблюдения за молодыми планетами стали возможными в последние несколько лет с помощью таких наблюдательных объектов, как Большая миллиметровая решётка Атакамы (ALMA) и Очень Большой Телескоп (VLT).
