«Теорія плоскої Землі» була частково вірною для дуже молодих планет

Конспірологи можуть радіти: згідно з новим детальним моделюванням еволюції планет, у ранні періоди формування вони мають форму, далеку від сферичної. Найбільше протопланети нагадують драже на кшталт «Ментоса» або M&M’s. Є ще одне цікаве відкриття, що випливає з цієї симуляції: значну частину матерії планети, що формуються, отримують не шляхом акреції в площині обертання, а з боку полюсів.

Астрофізики з Університету Центрального Ланкашира (UCLAn, Великобританія) провели моделювання процесу формування планет у протопланетних дисках. Такі дослідження виконують не вперше, але це примітно деталізацією та увагою до двох важливих аспектів планетогенезу: формі протопланет та основних напрямків руху матерії, що падає на них.

Наукова робота прийнята до публікації в журналі Astronomy & Astrophysics Letters, що рецензується. Її текст доступний на порталі arXiv.

Існують дві основні теорії, що описують механізми формування великих тіл у протопланетних дисках. Згідно з першою і найбільш популярною, планети утворюються з протопланет (а ті, у свою чергу, з планетезималей) в результаті поступового притягування менших шматків і потоків матерії одна до одної. Простіше кажучи, каміння, пил і газ у диску, зіштовхуючись між собою, іноді злипаються у великі шматки. Рано чи пізно цей процес призводить до формування досить великих тіл, гравітаційний вплив яких експонентно прискорює збір матерії.

Друга теорія пов’язує утворення планет із гравітаційною нестійкістю протопланетного диска. Така потужна рухлива структура не може бути однорідною — в ній виникають турбулентності, що призводять до уповільнення матерії, її збирання в компактні області. Це може відбуватися як навколо планетезималей, так і в регіонах перетину рукавів протопланетного диска. Саме такий варіант розглядали дослідники UCLan у своїй симуляції.

Зазначимо, що обидві теорії не є взаємовиключними: вони доповнюють одна одну на кілька різних масштабах. Передбачається, що більшість малих тіл навколо зірок формується шляхом прямої акреції матерії, а планети-гіганти утворюються внаслідок гравітаційних нестійкостей. Місце планет земної групи в цій картині світу майже напевно перший шлях.

Щоб змоделювати протопланетний диск у рамках моделі формування планет внаслідок його гравітаційної нестійкості, знадобилося півмільйона годин процесорного часу суперкомп’ютерного центру DiRAC. Усього дослідники зробили дев’ять раундів симуляції — один тестовий (для перевірки моделі) та вісім експериментальних, щоразу з дещо іншими параметрами. Маси зірки (0,8 сонячної) та протопланетного диска (0,6 сонячної) завжди залишалися однаковими.

Результатом моделювання в цілому стали 107 протопланет різного розміру. Але всі газові гіганти (це обмеження симуляції, менший масштаб отримати не вдалося через обчислювальну складність моделі).

У перші десятки тисяч років свого розвитку кожна з протопланет набувала форми сильно сплющеного еліпсоїда обертання. Завдяки високому дозволу моделі дослідникам вдалося отримати динамічну картину руху матерії навколо планет, що формуються. Виявилося, що матерія з протопланетного диска завихрюється навколо них і здебільшого падає не в площині обертання (на екватор), а з боку полюсів.

Нова симуляція дозволить астрофізикам точніше аналізувати дані реальних спостережень за протопланетними дисками. Вона буде неймовірно корисною для всіх дослідників, які працюють з такими інструментами, як космічний телескоп «Джеймс Вебб» (JWST), «Атакамські великі антенні грати міліметрового діапазону» (ALMA) і Дуже великий телескоп (VLT).