Obracający się dysk protoplanetarny z zakrzywieniem w początkowej fazie

Dyski protoplanetarne nie rodzą się w spokoju. Chaotyczne sąsiedztwo zaburza formowanie planet

Brytyjscy uczeni wykazali, że na dyski protoplanetarne i formowanie się planet ma wpływ wiele czynników zewnętrznych, m.in. ruch gwiazd, a także przelatujące obłoki międzygwiazdowe. Wszystkie te odchylenia od normy są ważne na wczesnych etapach życia układów planetarnych.

Naukowcy z University of Warwick przeprowadzili symulacje pokazujące, jak różnego rodzaju kosmiczne zdarzenia zakrzywiają dyski protoplanetarne, czyli miejsca narodzin planet. Wyniki zostały opublikowane w Astrophysical Journal i mogą nam wiele powiedzieć na temat środowisk, w których rodzą się egzoplanety, ale także przeszłości Układu Słonecznego.

Burzliwe lata dziecięce

Układy planetarne powstają z dysków protoplanetarnych – masywnych, wirujących obłoków gazu i pyłu, które w końcu stają się tak gęste, że łączą się w coraz większe obiekty. Kiedy są one młode, tworzą spiralne struktury, w których cały pył i materia są wciągane w gęste ramiona przez efekt grawitacyjny wirującego dysku.

Astronomowie odkryli zaskakującą liczbę dysków protoplanetarnych, które nie mają spiralnego kształtu, mimo że są na tyle masywne, by takowy posiadać. Naukowcy z University of Warwick przez długi czas zastanawiali się, co może przeszkadzać dyskom protoplanetarnym w uformowaniu spiralnej struktury. Odpowiedź była zaskakująca: wszystko.

Czytaj też: Najbliższe egzoplanety posiadają oceany podobne do ziemskich? Tak sugerują modele

Sahl Rowther wykorzystał metodę numeryczną SPH (ang. smoothed particle hydrodynamics) służącą do przeprowadzania symulacji numerycznych zachowania się płynów. Została ona zaproponowana w 1977 r. przez R.A. Gingolda, J.J. Monaghana oraz L.B.Lucy do prowadzenia obliczeń z dziedziny astrofizyki. Początkowo używana była do symulacji ściśliwych cieczy nielepkich. Z czasem została rozwinięta na nieściśliwe ciecze lepkie znajdujące się w polu grawitacyjnym, a także na zagadnienia z dziedziny magnetohydrodynamiki.

Symulacje wykazały, że wszystko, co zakłóca spiralny kształt dysku protoplanetarnego, utrudnia formowanie się planet. To potwierdza, że wykształcenie się układu planetarnego jak Układ Słoneczny, wcale nie jest tak proste, jak wielu mogłoby się wydawać.

Zazwyczaj myślimy o tych dyskach formujących się w izolacji, ale tak naprawdę nie jest. Mają chaotyczne sąsiedztwo, z wieloma gwiazdami w pobliżu. Może się zdarzyć, że jakaś gwiazda przejdzie w pobliżu i to oddziaływanie grawitacyjne wystarczy, aby spowodować zakrzywienie dysku. Musimy w większym stopniu brać pod uwagę te zakrzywienia w ewolucji dysków protoplanetarnych i zrozumieć, że mogą one wpływać na istniejące mechanizmy ewolucji dysków.

dr Rebecca Nealon, współautorka badań

W ostatnich latach odkryto wiele zakrzywionych dysków protoplanetarnych, co sugeruje, że są one powszechniejsze we Wszechświecie niż wcześniej sądzono. Potwierdza to tym samym, dlaczego obserwujemy tak dużo masywnych dysków protoplanetarnych, które nie wykazują struktury spiralnej.