Een nieuwe planeet begint zijn leven in een roterende cirkel van gas en stof, een wieg die bekend staat als een protostellaire schijf. Mijn collega's en ik hebben computersimulaties gebruikt om aan te tonen dat pasgeboren gasplaneten in deze schijven waarschijnlijk verrassend afgeplatte vormen hebben. Deze bevinding is gepubliceerd in Astronomy and Astrophysics Letters , zou kunnen bijdragen aan ons beeld van hoe planeten precies ontstaan.

Het observeren van protoplaneten die net zijn gevormd en zich nog steeds in hun protostellaire schijven bevinden, is uiterst moeilijk. Tot nu toe zijn er slechts drie van zulke jonge protoplaneten waargenomen, waarvan twee in hetzelfde systeem, PDS 70.

We moeten systemen vinden die jong zijn en zo dichtbij dat onze telescopen het zwakke licht van de planeet zelf kunnen detecteren en onderscheiden van dat van de schijf. Het hele proces van planetaire vorming duurt slechts een paar miljoen jaar, wat niets meer is dan een oogwenk op astrofysische schaal. Dit betekent dat we geluk moeten hebben om ze tijdens het vormen te kunnen betrappen.

Onze onderzoeksgroep voerde computersimulaties uit om de eigenschappen van gasvormige protoplaneten te bepalen onder verschillende thermische omstandigheden in de wiegen van de planeten.

De simulaties hebben voldoende resolutie om de evolutie van een protoplaneet in de schijf al in een vroeg stadium te kunnen volgen, wanneer het slechts om een ​​condensatie binnen de schijf gaat. Dergelijke simulaties vergen veel rekenkracht en werden uitgevoerd op DiRAC, de Britse supercomputerfaciliteit voor astrofysica.

Meestal vormen zich meerdere planeten binnen een schijf. Uit de studie bleek dat protoplaneten een vorm hebben die bekend staat als afgeplatte sferoïden, zoals Smarties of M&M's, in plaats van bolvormig te zijn. Ze groeien door gas voornamelijk via hun polen aan te zuigen en niet via hun evenaars.

Technisch gezien zijn de planeten in ons zonnestelsel ook afgeplatte sferoïden, maar hun afvlakking is klein. Saturnus heeft een afvlakking van 10%, Jupiter 6%, terwijl de aarde slechts 0,3% bedraagt.

Ter vergelijking:de typische afvlakking van protoplaneten is 90%. Een dergelijke afvlakking zal de waargenomen eigenschappen van protoplaneten beïnvloeden, en hiermee moet rekening worden gehouden bij het interpreteren van waarnemingen.

Hoe planeten beginnen

De meest algemeen aanvaarde theorie voor planeetvorming is die van "kernaanwas". Volgens dit model botsen kleine stofdeeltjes, kleiner dan zand, met elkaar, groeperen zich en groeien geleidelijk uit tot steeds grotere lichamen. Dit is feitelijk wat er gebeurt met het stof onder je bed als het niet wordt schoongemaakt.

Zodra het een kern van stof is met voldoende massieve vormen, trekt het gas uit de schijf om een ​​gasreuzenplaneet te vormen. Deze bottom-to-top-benadering zou een paar miljoen jaar duren.

De tegenovergestelde benadering, van boven naar beneden, is de theorie van schijfinstabiliteit. In dit model zijn de protostellaire schijven die jonge sterren begeleiden, qua zwaartekracht onstabiel. Met andere woorden, ze zijn te zwaar om in stand te houden en vallen dus uiteen in stukken, die uitgroeien tot planeten.

De theorie van kernaanwas bestaat al heel lang en kan veel aspecten verklaren van hoe ons zonnestelsel is ontstaan. Instabiliteit van de schijf kan echter een aantal van de exoplanetaire systemen die we de afgelopen decennia hebben ontdekt beter verklaren, zoals die waarin een gasreuzenplaneet heel ver van zijn gastster draait.

De aantrekkingskracht van deze theorie is dat planeetvorming zeer snel plaatsvindt, binnen een paar duizend jaar, wat consistent is met waarnemingen die suggereren dat planeten in zeer jonge schijven voorkomen.

Onze studie concentreerde zich op gasreuzenplaneten die werden gevormd via het model van schijfinstabiliteit. Ze zijn afgeplat omdat ze ontstaan ​​door de compressie van een toch al platte structuur, de protostellaire schijf, maar ook vanwege de manier waarop ze roteren.

Geen platte aardes

Hoewel deze protoplaneten over het algemeen erg afgeplat zijn, zijn hun kernen, die uiteindelijk zullen evolueren tot gasreuzenplaneten zoals wij die kennen, minder afgeplat – slechts ongeveer 20%. Dit is slechts tweemaal de afvlakking van Saturnus. Verwacht wordt dat ze na verloop van tijd boller worden.

Rotsachtige planeten, zoals de aarde en Mars, kunnen zich niet vormen via schijfinstabiliteit. Er wordt aangenomen dat ze ontstaan ​​door het langzaam samenvoegen van stofdeeltjes tot kiezelstenen, rotsen, kilometersgrote objecten en uiteindelijk planeten. Ze zijn te compact om aanzienlijk afgeplat te worden, zelfs als ze pas geboren zijn. Het is onmogelijk dat de aarde in haar jonge jaren in zo'n hoge mate is afgeplat.

Maar onze studie ondersteunt wel een rol voor schijfinstabiliteit in het geval van sommige werelden in sommige planetaire systemen.

We gaan nu van het tijdperk van de ontdekkingen van exoplaneten naar het tijdperk van de karakterisering van exoplaneten. Veel nieuwe observatoria zullen operationeel worden. Deze zullen helpen bij het ontdekken van meer protoplaneten die in hun schijven zijn ingebed. Voorspellingen op basis van computermodellen worden ook steeds geavanceerder.

De vergelijking tussen deze theoretische modellen en observaties brengt ons steeds dichter bij het begrijpen van de oorsprong van ons zonnestelsel.

Aangeboden door The Conversation

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.