Gezegenlerin oluştuğu bir protogezegen diskinin sanatçı tarafından işlenmesi. Kredi: Caltech
Bilim adamları, kayalık gezegenlerin oluşumu için birleşik bir teori ortaya çıkardılar.
Yeni bir kayalık gezegen oluşumu teorisi, “süper Dünyaların” kökenine ışık tutabilir. ” Dünya’dan birkaç kat daha büyük olan ötegezegenler ve galaksideki en yaygın gezegen türü.
Ayrıca bu teori, tek bir gezegen sistemi içindeki süper Dünyaların neden benzer bir özellik sergileme eğiliminde olduğuna dair fikir verebilir. sanki her sistem yalnızca bir tür gezegen üretmekle sınırlıymış gibi.
“Geçtiğimiz on yılda ötegezegenlere ilişkin gözlemlerimiz arttıkça, standart gezegen oluşumu teorisinin gözden geçirilmesi gerektiği ortaya çıktı. , temellerden başlayarak. Caltech gezegen bilimi profesörü Konstantin Batygin, “Güneş sistemimizdeki karasal gezegenlerin oluşumunu ve aynı zamanda birçoğunun bileşimi kayalık görünen süper Dünyaların kendine benzer sistemlerinin kökenlerini aynı anda açıklayabilecek bir teoriye ihtiyacımız var” diyor. (MS ’10, Ph.D. ’12), Fransa’daki Observatoire de la Côte d’Azur’dan Alessandro Morbidelli ile yeni teori üzerinde işbirliği yaptı.
Bulguları yakın zamanda Nature Astronomy dergisinde yayınlandı. .
Gezegen sistemleri, yaşam döngülerine, birkaç milyon yıl kadar bir sürede birleşen, dönen büyük gaz ve toz diskleri olarak başlar. Gazın çoğu, sistemin merkezindeki yıldızın içinde toplanırken, katı madde yavaş yavaş asteroitler, kuyruklu yıldızlar, gezegenler ve aylar halinde birleşir.
Güneş sistemimizde iki farklı gezegen türü vardır: güneşe en yakın daha küçük kayalık iç gezegenler ve güneşten daha uzak olan dıştaki daha büyük su ve hidrojen açısından zengin gaz devleri. 2021’in sonunda Nature Astronomy’de yayınlanan daha önceki bir çalışmada, bu ikilik Morbidelli, Batygin ve meslektaşlarının güneş sistemimizdeki gezegen oluşumunun protogezegen diskinde iki farklı halkada meydana geldiğini öne sürmelerine yol açtı: küçük kayalık gezegenlerin bulunduğu iç halka. daha büyük buzlu gezegenler (bunlardan ikisi – Jüpiter ve Satürn – daha sonra gaz devlerine dönüştü) için bir dış gezegen oluştu.
Kayalık gezegenlerin nasıl oluştuğuna dair yeni bir teori Galaksideki en bol gezegen türü olan Dünya’dan birkaç kat daha büyük bir dış gezegen sınıfı olan sözde “süper Dünyalar” ın kökenini açıklayabilir. Kredi: Caltech
Süper Dünyalar, adından da anlaşılacağı gibi, Dünya’dan daha ağırdır. Hatta bazıları, neredeyse gaz devi gibi görünmelerini sağlayan hidrojen atmosferlerine sahiptir. Ayrıca, genellikle yıldızlarına yakın yörüngede bulunurlar, bu da onların mevcut konumlarına daha uzak yörüngelerden göç ettiklerini düşündürür.
“Birkaç yıl önce, süper Dünyaların dünyanın buzlu kısmında oluştuğu bir model oluşturduk. Morbidelli, protogezegen diski ve diskin iç kenarına, yıldızın yakınına kadar göç etti” diyor. “Model, süper Dünyaların kütlelerini ve yörüngelerini açıklayabilir, ancak hepsinin su açısından zengin olduğunu tahmin etti. Bununla birlikte, son gözlemler, çoğu süper Dünya’nın, bir hidrojen atmosferi ile çevrili olsalar bile, Dünya gibi kayalık olduğunu göstermiştir. Bu, eski modelimiz için ölüm cezasıydı.”
Geçtiğimiz beş yılda, bilim adamları olarak hikaye daha da tuhaflaştı; Caltech’te astronomi profesörü olan Andrew Howard liderliğindeki bir ekip; Notre Dame Üniversitesi’nde yardımcı doçent olan Lauren Weiss; ve daha önce Caltech’te Astronomi alanında Sagan Doktora Sonrası Araştırmacısı ve şimdi UCLA’da profesör olan Erik Petigura, bu ötegezegenleri incelediler ve alışılmadık bir keşifte bulundular: çok çeşitli süper Dünya türleri varken, tüm süper Dünyalar içlerinde tek bir gezegen sistemi, yörünge aralığı, boyut, kütle ve diğer temel özellikler açısından benzer olma eğilimindedir.
“Lauren, tek bir gezegen sisteminde, süper Dünyaların ‘bakladaki bezelye’ gibi olduğunu keşfetti. ,’” diyor Batygin–Morbidelli makalesiyle doğrudan bağlantılı olmayan ancak makaleyi gözden geçiren Howard. “Temel olarak, yalnızca tek kütleli gezegenler yapmayı bilen ve onları birbiri ardına fışkırtan bir gezegen fabrikanız var.”
Öyleyse, gezegendeki kayalık gezegenlerin oluşmasına hangi tek süreç neden olmuş olabilir? güneş sistemimizle değil, aynı zamanda tek tip kayalık süper Dünya sistemleriyle mi ilgili?
“Yanıt, 2020’de keşfettiğimiz ancak gezegen oluşumuna daha geniş bir şekilde uygulandığını fark etmediğimiz bir şeyle ilgili gibi görünüyor” diyor Batygin. .
2020’de Batygin ve Morbidelli, Jüpiter’in en büyük dört uydusunun (Io, Europa, Ganymede ve Callisto) oluşumu için yeni bir teori önerdi.Kuvvetlerdeki bu denge, ayların müteakip oluşumu için sağlam yapı taşlarını oluşturan bir malzeme halkası yarattı. Ayrıca teori, cisimlerin gazla yönlendirilen göç nedeniyle halkadan çıkacak kadar genişleyene kadar halkada büyüyeceğini öne sürüyor. Bundan sonra büyümeleri durur, bu da sürecin neden benzer boyutlarda cisimler ürettiğini açıklar.
Batygin ve Morbidelli yeni makalelerinde, yıldızların etrafında gezegen oluşturma mekanizmasının büyük ölçüde aynı olduğunu öne sürüyorlar. Gezegensel durumda, katı kayalık malzemenin büyük ölçekli konsantrasyonu, diskte silikat süblimleşme hattı adı verilen dar bir bantta gerçekleşir; bu bölge, silikat buharlarının katı, kayalık çakıl taşları oluşturmak üzere yoğunlaştığı bir bölgedir.
“Eğer Bir toz tanesiyseniz, diskte hatırı sayılır bir karşı rüzgar hissedersiniz çünkü gaz biraz daha yavaş yörüngede döner ve siz yıldıza doğru dönersiniz; ama eğer buhar halindeyseniz, genişleyen diskteki gazla birlikte basitçe dışarı doğru spiraller çizersiniz. Batygin, “Bu nedenle, buhardan katıya dönüştüğünüz yer, malzemenin biriktiği yerdir.” büyüklüğünde kayalık gezegenler. Ayrıca, gezegenler yeterince kütle kazandıkça, diskle etkileşimleri bu dünyaları içe, yıldıza yaklaştırmaya yönelecektir.
Batygin ve Morbidelli’nin teorisi, kapsamlı bilgisayar modellemesiyle destekleniyor ancak basit bir soruyla başlıyor. Batygin, “Gezegen oluşumunun mevcut modeline baktık, gördüklerimizi yeniden üretmediğini biliyorduk ve ‘Hangi iddiayı hafife alıyoruz?’ diye sorduk.” “İşin püf noktası, herkesin gerçek olarak kabul ettiği bir şeye bakmaktır, ancak bunun iyi bir nedeni yoktur.”
Bu durumda, katı maddenin protogezegen diskleri boyunca dağıldığı varsayımı vardı. Batygin, bu varsayımı bir kenara atarak ve bunun yerine ilk katı cisimlerin halkalar halinde oluştuğunu varsayarak, yeni teorinin birleşik bir çerçeveye sahip farklı gezegen sistemlerini açıklayabileceğini söylüyor.
Kayalık halka çok fazla kütle içeriyorsa, gezegenler halkadan uzaklaşana kadar büyür ve sonuçta benzer süper Dünyalardan oluşan bir sistem ortaya çıkar. Halkanın kütlesi azsa, güneş sistemimizin karasal gezegenlerine çok benzeyen bir sistem oluşturur.
“Ben bir gözlemciyim ve alet üreticisiyim, ancak literatüre son derece dikkat ediyorum.” Howard diyor. “Az ama yine de önemli katkılardan oluşan düzenli bir damla alıyoruz. Ama her beş yılda bir, sahada sismik bir değişim yaratan bir şey ortaya çıkıyor. Bu, o makalelerden biri.”
Referanslar: “Dar bir gezegencik halkasından kayalık süper dünyaların oluşumu”, yazan Konstantin Batygin ve Alessandro Morbidelli, 12 Ocak 2023, Nature Astronomy.
DOI: 10.1038/s41550-022-01850-5
“İki farklı radyal konumda erken Güneş Sistemi gezegenciklerinin çağdaş oluşumu”, yazan A. Morbidelli, K. Baillié, K. Batygin, S. Charnoz , T. Guillot, D. C. Rubie ve T. Kleine, 22 Aralık 2021, Nature Astronomy.
DOI: 10.1038/s41550-021-01517-7
Çalışma, Caltech, Observatoire de la Côte d’Azur, David ve Lucile Packard Vakfı, Ulusal Bilim Vakfı ve Avrupa Araştırma Konseyi.
.