Czy gazowe olbrzymy powstały z kamyków?

Naukowcy z Southwest Research Institute (SwRI) oraz Queen’s University w Kanadzie wyjaśnili tajemnicę powstania Jowisza i Saturna. Odkrycie, które zmienia nasze postrzeganie procesów formowania się wszystkich planet zostało opisane w artykule opublikowanym w dzisiejszym wydaniu czasopisma Nature.

Co ciekawe, największe planety w Układzie Słonecznym mogły powstać jako pierwsze. Jowisz i Saturn, które głównie składają się z wodoru i helu, najprawdopodobniej zebrały odpowiednią ilość gazu przed rozproszeniem się mgławicy. Obserwacje młodego układu planetarnego wskazują, że dysk gazowy, z którego tworzą się planety istnieje przez zaledwie 1 do 10 milionów lat. To oznacza, że gazowe olbrzymy musiały powstać w takim czasie. W przeciwieństwie do nich Ziemia tworzyła się w czasie od 30 do nawet 100 milionów lat. Dlaczego zatem Jowisz i Saturn powstały tak szybko?

Najczęściej przyjmowaną teorią opisującą formowanie się gazowych olbrzymów jest model akrecji jądra. W ramach tego modelu najpierw powstaje jądro składające się ze skał i lodu o rozmiarach rzędu planety. Następnie gaz i pył międzyplanetarny przyłącza się do rosnącej planety. Jednak ten model ma jedną wadę: jest nią pierwszy etap tego procesu. Aby stworzyć tak ogromną atmosferę, jądro musiałoby mieć masę 10 mas Ziemi. A przecież te olbrzymie obiekty musiały powstać w zaledwie kilka milionów lat.

W standardowym modelu powstawania planet skaliste jądra powstają wskutek akumulacji obiektów o podobnych rozmiarów, procesu zwanego akrecją. Jednak w ramach tego modelu powstanie odpowiednio dużych jąder planetarnych zajęłoby zbyt dużo czasu niż miał na to Jowisz czy Saturn.

Ten problem od jakiegoś czasu martwił naukowców.  Nowe obliczenia zespołu pod kierownictwem dr Hala Levisona z SwRI wskazują, że jądra Jowisza i Saturna mogły powstać w czasie krótszym niż 10 milionów lat, jeżeli rosły poprzez stopniowe łączenie populacji planetarnych kamyków – lodowych obiektów o średnicy 30-40 cm. Najnowsze badania wskazują także, że sam gaz może nieznacznie przyspieszać tego typu akrecję. Kamyki wchodzące na orbitę wokół powstającego jądra mogą stopniowo zbliżać się do protoplanety podczas gdy gaz może je nieznacznie spowalniać.

“Z tego co wiem jest to pierwszy model zdolny odtworzyć budowę zewnętrznej części Układu Słonecznego, z dwoma gazowymi olbrzymami, dwoma lodowymi olbrzymami i pasem Kuipera,” mówi Levison.

“Po wielu latach wykonywania bez powodzenia symulacji komputerowych opartych o model standardowy, wielką ulgą jest znalezienie nowego modelu, który tak dobrze się sprawdza,” dodaje Duncan.

Źródło: Nature / phys.org