Một lý thuyết mới về cách các hành tinh hình thành tìm thấy các thiên đường ổn định trong bối cảnh hỗn loạn dữ dội trong khí xoáy bao quanh một ngôi sao trẻ. Những khu vực được bảo vệ này là nơi các hành tinh có thể bắt đầu hình thành mà không bị phá hủy. Lý thuyết này sẽ được công bố trên tạp chí Icarus số tháng hai.
Đây là một cách khác để bắt đầu một hành tinh. Nó kết hôn với hai lý thuyết chính về sự hình thành hành tinh, ông Richard Durisen, giáo sư thiên văn học và chủ tịch bộ phận đó tại Đại học Indiana Bloomington cho biết. Durisen là một nhà lãnh đạo trong việc sử dụng máy tính để mô hình hóa sự hình thành hành tinh.
Nhìn những mô phỏng của anh ấy chạy trên màn hình máy tính, thật dễ dàng để tưởng tượng việc nhìn xuống từ một vị trí thuận lợi trong không gian giữa các vì sao và xem quá trình thực sự xảy ra.
Một đĩa khí màu xanh xoáy quanh một ngôi sao trung tâm. Cuối cùng, các nhánh xoắn ốc màu vàng bắt đầu xuất hiện trong đĩa, biểu thị các khu vực nơi khí trở nên đậm đặc hơn. Sau đó, một vài đốm màu đỏ xuất hiện, lúc đầu chỉ là gợi ý nhưng sau đó dần ổn định hơn. Những vùng màu đỏ này thậm chí còn dày đặc hơn, cho thấy khối lượng khí đang tích tụ mà sau này có thể trở thành các hành tinh.
Các khí hỗn loạn và các đĩa xoáy là các công trình toán học sử dụng thủy động lực học và đồ họa máy tính. Màn hình máy tính hiển thị kết quả tính toán của các nhà khoa học như các hình ảnh động đầy màu sắc.
Đây là những đĩa khí và bụi mà các nhà thiên văn học nhìn thấy xung quanh hầu hết các ngôi sao trẻ, từ đó hình thành các hành tinh, theo Dur Durisen giải thích. Những người họ như một con xoáy khổng lồ xoay quanh ngôi sao trên quỹ đạo. Hệ mặt trời của chúng ta hình thành từ một đĩa như vậy.
Các nhà khoa học hiện biết hơn 130 hành tinh xung quanh các ngôi sao khác và hầu như tất cả chúng đều có khối lượng lớn nhất như Sao Mộc. Các hành tinh khổng lồ của Gas Gas là phổ biến hơn chúng ta có thể đoán được thậm chí 10 năm trước, ông nói. Thiên nhiên là khá giỏi trong việc tạo ra các hành tinh này.
Chìa khóa để hiểu làm thế nào các hành tinh được tạo ra là một hiện tượng gọi là sự mất ổn định hấp dẫn, theo Durisen. Các nhà khoa học từ lâu đã nghĩ rằng nếu các đĩa khí xung quanh các ngôi sao đủ lớn và đủ lạnh thì những bất ổn này sẽ xảy ra, cho phép trọng lực của đĩa áp đảo áp suất khí và khiến các bộ phận của đĩa kéo lại với nhau và tạo thành các khối dày đặc, có thể trở thành các hành tinh.
Tuy nhiên, một đĩa không ổn định hấp dẫn là một môi trường bạo lực. Tương tác với các vật liệu đĩa khác và các cụm khác có thể ném một hành tinh tiềm năng vào ngôi sao trung tâm hoặc xé tan nó hoàn toàn. Nếu các hành tinh hình thành trong một đĩa không ổn định, chúng cần một môi trường được bảo vệ nhiều hơn và Durisen nghĩ rằng mình đã tìm thấy một.
Khi mô phỏng của ông chạy, các vòng khí hình thành trong đĩa ở rìa của một khu vực không ổn định và ngày càng dày đặc hơn. Nếu các hạt rắn tích lũy trong một vòng nhanh chóng di chuyển đến giữa vòng, lõi của một hành tinh có thể hình thành nhanh hơn nhiều.
Yếu tố thời gian là quan trọng. Một thách thức lớn mà Durisen và các nhà lý thuyết khác phải đối mặt là một khám phá gần đây của các nhà thiên văn học rằng các hành tinh khí khổng lồ như Sao Mộc hình thành khá nhanh theo tiêu chuẩn thiên văn. Họ phải - nếu không thì khí họ cần sẽ biến mất.
Các nhà thiên văn học của thế giới bây giờ biết rằng các đĩa khí khổng lồ xung quanh các ngôi sao trẻ có xu hướng biến mất trong khoảng thời gian vài triệu năm, theo ông Dur Durisen. Vì vậy, mà vì vậy, cơ hội để tạo ra các hành tinh giàu khí đốt. Sao Mộc và Sao Thổ và các hành tinh phổ biến xung quanh các ngôi sao khác đều là những người khổng lồ khí và những hành tinh đó phải được tạo ra trong cửa sổ vài triệu năm này khi vẫn còn một lượng lớn đĩa khí xung quanh.
Nhu cầu về tốc độ này gây ra vấn đề cho bất kỳ lý thuyết nào với cách tiếp cận nhàn nhã để hình thành các hành tinh, chẳng hạn như lý thuyết bồi tụ cốt lõi là mô hình chuẩn cho đến gần đây.
Trong lý thuyết bồi tụ cốt lõi, sự hình thành các hành tinh khí khổng lồ được bắt đầu bằng một quá trình tương tự như cách các hành tinh như Trái đất tích tụ, ông Dur Dur giải thích. Các vật thể rắn đâm vào nhau và dính vào nhau và phát triển kích thước. Nếu một vật thể rắn phát triển gấp khoảng 10 lần khối lượng Trái đất và ở đó cũng có khí xung quanh, nó trở nên đủ lớn để hấp thụ rất nhiều khí bằng trọng lực. Khi điều đó xảy ra, bạn sẽ có được sự phát triển nhanh chóng của một hành tinh khí khổng lồ.
Vấn đề là, phải mất một thời gian dài để hình thành một lõi vững chắc theo cách đó - bất cứ nơi nào từ khoảng 10 triệu đến 100 triệu năm. Lý thuyết này có thể hoạt động cho Sao Mộc và Sao Thổ, nhưng không phải cho hàng chục hành tinh xung quanh các ngôi sao khác. Nhiều hành tinh trong số những hành tinh khác này có khối lượng gấp nhiều lần Sao Mộc và rất khó để tạo ra những hành tinh to lớn như vậy bằng cách bồi đắp cốt lõi.
Giả thuyết cho rằng sự bất ổn của lực hấp dẫn có thể tự hình thành các hành tinh khí khổng lồ lần đầu tiên được đề xuất hơn 50 năm trước. Nó gần đây đã được hồi sinh vì những vấn đề với lý thuyết bồi tụ cốt lõi. Ý tưởng rằng các khối khí khổng lồ đột nhiên sụp đổ bởi trọng lực để tạo thành một vật thể dày đặc, có lẽ chỉ trong một vài quỹ đạo, chắc chắn phù hợp với khung thời gian có sẵn, nhưng nó có một số vấn đề của riêng nó.
Theo lý thuyết bất ổn định hấp dẫn, các nhánh xoắn ốc hình thành trong một đĩa khí và sau đó vỡ ra thành các khối nằm trong các quỹ đạo khác nhau. Những cụm này tồn tại và phát triển lớn hơn cho đến khi các hành tinh hình thành xung quanh chúng. Durisen nhìn thấy những cụm này trong các mô phỏng của mình - nhưng chúng không tồn tại lâu.
Những khối này bay xung quanh và cắt ra và tái hình thành và bị phá hủy hết lần này đến lần khác, anh nói. Nếu không ổn định lực hấp dẫn đủ mạnh, một nhánh xoắn ốc sẽ vỡ thành cục. Câu hỏi là, chuyện gì xảy ra với họ?
Đồng tác giả của bài báo là sinh viên tiến sĩ của IU, Kai Cai và hai cựu sinh viên Durisen, là Annie C. Mejia, nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Khoa Thiên văn học, Đại học Washington; và Megan K. Pickett, phó giáo sư vật lý và thiên văn học, Đại học Purdue Calumet.
Nguồn gốc: Bản tin Đại học Indiana
