Zuwanderung einer Gruppe von Protoplaneten, wo sie durch weiße Kreise dargestellt werden. Bildnachweis: QMUL Zum Vergrößern anklicken
Astronomen glauben, viele Aspekte der Planetenbildung im Griff zu haben. Nach ihrem Modell sollten die Kerne dieser massiven Planeten in nur 100.000 Jahren von ihrem Mutterstern nach innen gezogen werden - nicht annähernd genug Zeit, um sich zu einer stabilen Umlaufbahn zu formen. Es könnte sein, dass die ersten Generationen von Planeten niemals die "Klumpen" -Stufe überwinden, bevor sie zerstört werden. Es sind nur die späteren Generationen, die tatsächlich lange genug überleben, um Planeten zu werden.
Zwei britische Astronomen, Paul Cresswell und Richard Nelson, präsentieren neue numerische Simulationen im Rahmen der herausfordernden Studien zur Bildung des Planetensystems. Sie stellen fest, dass in den frühen Stadien der Planetenbildung riesige Protoplaneten im Gleichschritt nach innen in den Zentralstern wandern. Ihre Ergebnisse werden in Kürze in Astronomy & Astrophysics veröffentlicht.
In einem Artikel, der in Astronomy & Astrophysics veröffentlicht werden soll, präsentieren zwei britische Astronomen neue numerische Simulationen der Entstehung von Planetensystemen. Sie stellen fest, dass in den frühen Stadien der Planetenbildung riesige Protoplaneten im Gleichschritt nach innen in den Zentralstern wandern.
Das aktuelle Bild der Entstehung von Planetensystemen sieht wie folgt aus: i) Staubkörner koagulieren zu Planetesimalen mit einem Durchmesser von bis zu 1 km; ii) das außer Kontrolle geratene Wachstum von Planetesimalen führt zur Bildung von ~ 100? 1000 km große Planetenembryonen; iii) diese Embryonen wachsen auf "oligarchische" Weise, wobei einige große Körper den Bildungsprozess dominieren und die umgebenden und viel kleineren Planetesimalen anreichern. Diese „Oligarchen“ bilden terrestrische Planeten in der Nähe des Zentralsterns und der Planetenkerne von zehn terrestrischen Massen in der Riesenplanetenregion jenseits von drei astronomischen Einheiten (AU).
Diese Theorien beschreiben jedoch die Bildung von Gasriesenplaneten nicht zufriedenstellend. Durch die Gravitationswechselwirkung zwischen der gasförmigen protoplanetaren Scheibe und den massiven Planetenkernen bewegen sie sich in etwa 100.000 Jahren schnell nach innen, was wir als "Migration" des Planeten in der Scheibe bezeichnen. Die Vorhersage dieser schnellen Einwanderung riesiger Protoplaneten ist ein großes Problem, da diese Zeitskala viel kürzer ist als die Zeit, die benötigt wird, damit sich Gas auf dem sich bildenden Riesenplaneten ansammelt. Theorien sagen voraus, dass die riesigen Protoplaneten in den Zentralstern übergehen werden, bevor die Planeten Zeit haben, sich zu bilden. Dies macht es sehr schwierig zu verstehen, wie sie sich überhaupt bilden können.
Zum ersten Mal untersuchten Paul Cresswell und Richard Nelson, was mit einer Gruppe sich bildender Planeten geschieht, die in eine gasförmige protoplanetare Scheibe eingebettet sind. Frühere numerische Modelle enthielten nur einen oder zwei Planeten in einer Scheibe. Aber unser eigenes Sonnensystem und über 10% der bekannten extrasolaren Planetensysteme sind Mehrplanetensysteme. Es wird erwartet, dass die Anzahl solcher Systeme zunimmt, wenn sich die Beobachtungstechniken extrasolarer Systeme verbessern. Cresswells und Nelsons Arbeit ist das erste Mal, dass numerische Simulationen eine so große Anzahl von Protoplaneten umfassten, dass die Gravitationswechselwirkung zwischen den Protoplaneten und der Scheibe sowie zwischen den Protoplaneten selbst berücksichtigt wurde.
Die Hauptmotivation für ihre Arbeit besteht darin, die Umlaufbahnen von Protoplaneten zu untersuchen und zu untersuchen, ob einige Planeten längere Zeit in der Scheibe überleben könnten. Ihre Simulationen zeigen, dass in sehr wenigen Fällen (etwa 2%) ein einzelner Protoplanet weit vom Zentralstern entfernt ausgestoßen wird, wodurch seine Lebensdauer verlängert wird. In den meisten Fällen (98%) sind viele der Protoplaneten in einer Reihe von Orbitalresonanzen gefangen und wandern im Gleichschritt nach innen, manchmal sogar mit dem Zentralstern.
Cresswell und Nelson behaupten daher, dass Gravitationswechselwirkungen innerhalb eines Schwarms von Protoplaneten, die in eine Scheibe eingebettet sind, die Einwanderung der Protoplaneten nach innen nicht stoppen können. Das „Problem“ der Migration bleibt bestehen und bedarf weiterer Untersuchungen, obwohl die Astronomen mehrere mögliche Lösungen vorschlagen. Man kann sein, dass sich mehrere Generationen von Planeten bilden und dass nur diejenigen, die sich bilden, wenn sich die Scheibe auflöst, den Bildungsprozess überleben. Dies kann die Bildung von Gasriesen erschweren, da die Scheibe von dem Material befreit ist, aus dem sich Gasriesenplaneten bilden. (Eine Bildung von Gasriesen kann jedoch immer noch möglich sein, wenn genügend Gas außerhalb der Umlaufbahnen der Planeten liegt, da neues Material nach innen gelangen kann, um vom sich bildenden Planeten akkretiert zu werden.) Eine andere Lösung könnte mit den physikalischen Eigenschaften der protoplanetaren Scheibe zusammenhängen. In ihren Simulationen nahmen die Astronomen an, dass die protoplanetare Scheibe glatt und nicht turbulent ist, aber dies könnte natürlich nicht der Fall sein. Große Teile der Scheibe könnten turbulenter sein (als Folge von Instabilitäten, die durch Magnetfelder verursacht werden), was eine Migration nach innen über lange Zeiträume verhindern kann.
Diese Arbeit verbindet andere Studien zur Bildung des Planetensystems, die derzeit von einem europäischen Netzwerk von Wissenschaftlern durchgeführt werden. Unsere Ansicht darüber, wie sich Planeten bilden, hat sich in den letzten Jahren drastisch geändert, da die Anzahl neu entdeckter Planetensysteme zugenommen hat. Das Verständnis der Entstehung von Riesenplaneten ist derzeit eine der größten Herausforderungen für Astronomen.
Ursprüngliche Quelle: Astronomie und Astrophysik
