science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Veiligheidszone redt gigantische manen van dodelijke duik

Een artistieke impressie van een satelliet die zich vormt rond een gigantische gasplaneet die zelf nog steeds rond een ster wordt gevormd. Krediet:Universiteit van Nagoya

Numerieke simulaties tonen aan dat de temperatuurgradiënt in de gasschijf rond een jonge gasreuzenplaneet een cruciale rol zou kunnen spelen in de ontwikkeling van een satellietsysteem dat wordt gedomineerd door een enkele grote maan, vergelijkbaar met Titan in het Saturnus-systeem. Onderzoekers ontdekten dat stof in de cirkelvormige schijf een "veiligheidszone" kan creëren die voorkomt dat de maan op de planeet valt terwijl het systeem evolueert.

Astronomen geloven dat veel van de manen die we in het zonnestelsel zien, vooral grote manen, samen met de moederplaneet gevormd. In dit scenario, manen ontstaan ​​uit het gas en stof dat rond de nog steeds vormende planeet draait. Maar eerdere simulaties hebben ertoe geleid dat ofwel alle grote manen op de planeet vallen en worden opgeslokt, of meerdere grote manen over. De situatie waargenomen rond Saturnus, met veel kleine manen maar slechts één grote maan, past in geen van beide modellen.

Yuri Fujii, een aangewezen assistent-professor aan de Universiteit van Nagoya, en Masahiro Ogihara, een projectassistent-professor aan het National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ), creëerde een nieuw model van circumplanetaire schijven met een meer realistische temperatuurverdeling door meerdere bronnen van opaciteit te beschouwen, inclusief stof en ijs. Daarna simuleerden ze de orbitale migratie van manen, rekening houdend met factoren zoals de druk van schijfgas en de zwaartekracht van andere satellieten.

Hun simulaties laten zien dat er een "veiligheidszone" is waar een maan van de planeet wordt weggeduwd. In dit gebied, warmer gas in de baan duwt de satelliet naar buiten en voorkomt dat deze in de planeet valt.

  • Simulatieresultaten tonen de omloopstralen versus de tijd van 7 hypothetische manen met Titan-massa. Naarmate de simulatie vordert, bijna al deze satellieten vallen op de planeet, echter, alleen de buitenste satelliet overleeft totdat het schijfgas verdwijnt. Deze satelliet bevindt zich tijdelijk in de 'veiligheidszone'. Krediet:Fujii &Ogihara, A&A, 2020

  • Een scenario voor de vorming van een enkele grote maan. (1) Naarmate een planeet zich vormt, een schijf met gas en stof draait rond de planeet. In deze schijf condenseren vaste stoffen. (2) Vaste componenten groeien tot de grootte van de satelliet in de circumplanetaire schijf. De simulaties in dit onderzoek zijn vanuit deze fase gestart. (3) De banen van deze satellieten in de schijf veranderen geleidelijk onder invloed van het gas. Veel satellieten naderen de planeet terwijl ze in een baan om de aarde draaien, en uiteindelijk op de planeet vallen. Echter, een satelliet met een baan in een "veiligheidszone" valt niet in de planeet, maar behoudt zijn afstand tot de planeet. (4) Naarmate het gas in de schijf verdwijnt, de satelliet die overleeft in de "veiligheidszone" zal tot het einde in een stabiele baan blijven. Krediet:NAOJ

"We hebben voor het eerst aangetoond dat een systeem met slechts één grote maan rond een gigantische planeet kan ontstaan, ", zegt Fujii. "Dit is een belangrijke mijlpaal om de oorsprong van Titan te begrijpen."

Simulatieresultaten van de migratiekaart voor een schijf. De richting van de migratie is naar binnen/buiten in de blauw/rode gebieden. (Video) Zwarte punten vertegenwoordigen de satellieten. Op één na bewegen deze satellieten allemaal naar de planeet en vallen erin. Het buitenste object beweegt naar een rode "veiligheidszone" waardoor het kan overleven totdat het schijfgas verdwijnt. Je ziet dat de posities van de “veiligheidszones” in de loop van de tijd veranderen. Krediet:Fujii &Ogihara, A&A, 2020

Echter, Ogihara zegt, "Het zou moeilijk zijn om te onderzoeken of Titan dit proces daadwerkelijk heeft meegemaakt. Ons scenario zou kunnen worden geverifieerd door onderzoek van satellieten rond extrasolaire planeten. Als er veel single-exomoon-systemen worden gevonden, de vormingsmechanismen van dergelijke systemen zullen een gloeiend hete kwestie worden."

De studie, getiteld "Vorming van enkelvoudige maansystemen rond gasreuzen, " werd gepubliceerd in Astronomie en astrofysica in maart 2020. Voor de simulaties in dit onderzoek is gebruik gemaakt van het pc-cluster van NAOJ.