Учени откриха гигантска „фабрика за планети“ отвъд Юпитер

Преди около 4,6 милиарда години Слънцето е било заобиколено от огромен диск от газ и прах. С течение на времето миниатюрните прашинки са се сблъсквали и слепвали, като постепенно са образували по-големи скалисти тела, наречени планетезимали — градивните елементи на планетите и астероидите. Според учените обаче този процес далеч не е бил прост. Различните области на ранната Слънчева система вероятно са се развивали при много различни условия, а няколко етапа на формиране на планети може да са протичали едновременно.

Сега изследователи от Института за изследване на Слънчевата система „Макс Планк“ (MPS) в Германия твърдят, че са идентифицирали една от най-важните области за формиране на планети в Слънчевата система, пише ScienceDaily. Според ново проучване, публикувано в The Astrophysical Journal, пръстеновидна зона непосредствено отвъд орбитата на Юпитер е действала като изключително ефективна и удивително разнообразна „люпилня“ за планетезимали.

Използвайки компютърни симулации, екипът е установил, че тази област е произвеждала планетезимали с много различен състав в продължение на около два милиона години.

„Очевидно различни видове планетезимали са се формирали в една и съща област на ранния диск от прах и газ, но в различни моменти. Районът точно отвъд орбитата на Юпитер е предлагал отлични условия за това“, казва Йоана Дронжковска, ръководител на групата „Лизе Майтнер“ за формиране на планети.

Как Юпитер е създал космически капан за прах

Проучването се фокусира върху периода между два и четири милиона години след формирането на Слънчевата система. По това време Юпитер вече е събрал по-голямата част от близкия материал около орбитата си, създавайки празнина в околния диск от газ и прах.

Учените смятат, че този процес е създал и пръстен с по-високо газово налягане непосредствено отвъд Юпитер. Това налягане е задържало огромни количества прах, позволявайки на малки струпвания, известни като „камъчета“ (pebbles), да се натрупват там.

По-ранни изследвания вече предполагаха, че подобни „прахови капани“ могат да помогнат за бързото формиране на планетезимали в ранните етапи от развитието на Слънчевата система. Неясно обаче оставаше дали тези капани могат да продължат да създават много различни видове тела за дълги периоди от време. Новите симулации показват, че това е възможно.

Изследователите показват, че разнообразни популации от планетезимали вероятно са се формирали в тази област в продължение на милиони години. Техните резултати също така свързват тези симулирани обекти с известни групи метеорити, открити на Земята.

„За първи път успяхме точно да възпроизведем резултатите от лабораторните изследвания на метеорити чрез компютърни симулации на ранната Слънчева система. Метеоритите служат, така да се каже, като проверка на теориите за формирането на планетите“, казва директорът на MPS и космохимик Торстен Клайне.

Метеоритите пазят следи от миналото на Слънчевата система

Метеоритите са фрагменти от космически скали, които оцеляват при преминаването си през атмосферата на Земята и достигат повърхността ѝ. Смята се, че много от тях са части от древни планетезимали, които са останали почти непроменени от най-ранните дни на Слънчевата система.

Изследователите са се съсредоточили особено върху въглеродните хондрити — вид метеорити, богати на въглерод. Лабораторните изследвания показват, че тези метеорити са се формирали отвъд Юпитер през същия период, разглеждан в симулациите.

Учените разделят въглеродните хондрити на шест групи според възрастта и състава им. Някои са крехки и изградени предимно от финозърнест материал, докато други са по-здрави и съдържат видими включвания, вградени във фината структура.

В новите симулации тези два компонента съответстват на два вида материя, за които се смята, че са съществували в ранната Слънчева система. Единият е бил съставен от крехък прахообразен материал, а другият — от по-устойчиви струпвания, формирали се много рано в по-горещи области, преди да се разпространят из диска.

„За нашите симулации беше от решаващо значение да моделираме поведението и взаимодействието на двата материала както в малък, така и в голям мащаб“, казва Нереа Гуручага, докторант в MPS и водещ автор на изследването.

Симулациите разкриват множество поколения космически скали

Моделите на екипа проследяват както микроскопичните сблъсъци между частици, така и мащабното движение в огромния газов диск. Частиците могат да се разпадат, да се слепват, да се придвижват към Слънцето или да бъдат улавяни в определени области.

Симулациите показват, че Юпитер е действал като по-силна бариера за по-големите и по-устойчиви частици, отколкото за дребните прашинки. В същото време формирането на нови планетезимали постепенно е изразходвало част от наличния материал.

С течение на милиони години тези комбинирани ефекти са довели до натрупване на двата типа материал в различни пропорции отвъд орбитата на Юпитер. Този променящ се баланс в крайна сметка е довел до формирането на ясно различими поколения планетезимали.

През първите 500 000 години количеството ронлив материал намалява, преди отново да започне да се увеличава през следващия милион години. По-късно се появяват две отделни популации планетезимали — едната изградена предимно от крехък материал, а другата доминирана от по-стабилна материя.

Въз основа на резултатите си изследователите подозират, че и други видове метеорити, освен въглеродните хондрити, може да са се формирали в същия прахов капан през още по-ранни етапи от историята на Слънчевата система.

„Съществуват сериозни доказателства, че праховите капани са били предпочитаното място за раждане на планетезимали в нашата Слънчева система“, казва Йоана Дронжковска.