Reuzenplaneten die zich vroeg in het leven van een stersysteem ontwikkelden, zouden een mysterie kunnen oplossen waarom spiraalstructuren niet worden waargenomen in jonge protoplanetaire schijven. volgens een nieuwe studie van astronomen van de Universiteit van Warwick.

Het onderzoek, vandaag gepubliceerd in de Astrofysische journaalbrieven en deels ondersteund door de Royal Society, geeft een verklaring voor het gebrek aan spiraalstructuur dat astronomen verwachten te zien in protoplanetaire schijven rond jonge sterren, wat ook suggereert dat wetenschappers mogelijk opnieuw moeten beoordelen hoe snel planeten zich vormen in de levenscyclus van een schijf.

Protoplanetaire schijven zijn de geboorteplaatsen van planeten, die het materiaal herbergt dat uiteindelijk zal samensmelten tot de reeks planeten die we in het heelal zien. Als deze schijven jong zijn, vormen ze spiraalvormige structuren, met al hun stof en materiaal in dichte armen gesleurd door het enorme zwaartekrachteffect van de draaiende schijf. Een soortgelijk effect doet zich voor op galactisch niveau, vandaar dat we spiraalstelsels zoals de onze zien, De melkweg.

In de loop van drie tot tien miljoen jaar komt materiaal van de schijf samen om planeten te vormen, valt op de ster waar hij omheen draait of verspreidt zich gewoon in de ruimte door wind die van de schijf komt. Als een schijf jong is, graviteert hij zichzelf, en het materiaal erin vormt een spiraalstructuur die het verliest wanneer het zwaartekrachtstabiel wordt. Jonge planeten die zich ontwikkelen, snijden gaten in de schijf terwijl ze op hun manier materiaal consumeren en verspreiden, wat resulteert in de 'ring and gap'-kenmerken die astronomen het meest zien in protoplanetaire schijven.

Maar astronomen hebben moeite om rekening te houden met waarnemingen van jonge protoplanetaire schijven die geen tekenen van spiralen vertonen, maar ziet er in plaats daarvan uit als een veel oudere schijf met een ring- en spleetstructuur. Om een ​​toelichting te geven, Sahl Rowther en Dr. Farzana Meru van de afdeling Natuurkunde van de Universiteit van Warwick voerden computersimulaties uit van massieve planeten in jonge schijven om te bepalen wat er zou gebeuren als ze op elkaar inwerken.

Ze ontdekten dat een gigantische planeet, ongeveer drie keer de massa van Jupiter, migreren van de buitenste regionen van de schijf naar zijn ster zou genoeg verstoring veroorzaken om de spiraalstructuur van de schijf weg te vagen met resultaten die lijken op de schijven die door astronomen zijn waargenomen. Echter, om in het spiraalvormige stadium van de schijf aanwezig te zijn, zouden die planeten zich snel en vroeg in de levenscyclus van de schijf moeten vormen.

Hoofdauteur Sahl Rowther, doctoraat student aan het departement Natuurkunde, zei:"Als schijven jong zijn, we verwachten dat ze massief zijn met spiraalvormige structuren. Maar dat zien we niet in waarnemingen.

"Onze simulaties suggereren dat een massieve planeet in een van deze jonge schijven de tijd doorgebracht in de zelf-graviterende spiraalfase in feite kan verkorten tot een die meer lijkt op enkele van de waarnemingen die astronomen zien.

Co-auteur Dr. Farzana Meru van het Department of Physics voegt hieraan toe:"Als sommige van deze schijven die astronomen observeren recentelijk zelf-graviterend waren, dan suggereert dat dat ze een planeet hebben gevormd toen de schijf nog jong was. protoplanetaire schijf is veel minder dan ongeveer een half miljoen jaar, wat betekent dat de planeet ongelooflijk snel zou moeten zijn gevormd.

"Ongeacht welk mechanisme verklaart hoe deze planeten ontstaan, dit betekent waarschijnlijk dat we er rekening mee moeten houden dat planeten veel sneller worden gevormd dan oorspronkelijk werd gedacht."

Hun simulaties modelleerden een gigantische planeet in de buitenste regionen van een protoplanetaire schijf terwijl deze naar binnen migreert, een proces dat astronomen verwachten te zien als het koppel de planeet naar binnen duwt terwijl het impulsmoment uitwisselt met het gas in de schijf. Dit betekent ook dat de planeet een groot deel van de schijf zou beïnvloeden en zou verstoren en groot genoeg zou zijn om een ​​opening in het gas te openen, resulterend in de ring- en spleetstructuur.

Sahl Rowther voegt toe:"Dit is opwindend gezien de onbekenden die samenhangen met de massa's waargenomen schijven. Als massieve schijven met ring- en spleetstructuren veel voorkomen, het zou meer mogelijkheden kunnen bieden om schijfarchitecturen uit te leggen.

"Onze resultaten suggereren dat het misschien zelfs mogelijk is om tekenen van deze gigantische planeten te zien, onder de juiste omstandigheden en technologie. De volgende fase van ons onderzoek zal zijn om te bepalen wat die voorwaarden zijn, om astronomen te helpen bij het bepalen van de aanwezigheid van deze planeten."

Dr. Meru voegt toe:"Het is heel goed mogelijk dat die spiraalstructuur wordt weggevaagd, laat u niet misleiden als u naar een schijf kijkt. Het kan nog redelijk massief zijn, het is alleen dat een gigantische planeet ervoor heeft gezorgd dat hij zijn spiralen verloor.

"We hebben deze verbazingwekkende afbeeldingen van protoplanetaire schijven en wat echt opwindend aan hen is, is hun structuur. In de afgelopen jaren zijn telescopen erg krachtig geworden en kunnen we functies zoals gaten en ringen zien. Met computersimulaties zoals de onze, we kunnen nu proberen te begrijpen of sommige van de processen die we verwachten te gebeuren, zoals planeten die migreren in jonge schijven, kan leiden tot het soort beelden dat waarnemers zien. Dat kan met de combinatie van krachtige telescopen en supercomputers."