شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای نحوه شکل‌گیری غولهای گازی را دگرگون می‌کند!!
غولهای گازی منظومه شمسی، مانند مشتری، زحل، و سیارات فراخورشیدی عظیم، از طریق تجمع گاز بر روی هسته‌های جامد، هر کدام با جرمی تقریباً 10 جرم زمین، شکل گرفتند. با این حال، مهاجرت سریع به دلیل تعامل دیسک-سیاره از تشکیل چنین هسته‌های پرجرمی از تجمع سیاره‌های کوچک جلوگیری می‌کند. رشد نسبتاً سریع هسته توسط تجمع سنگریزه به دیسکهای پیش‌سیاره‌ای بسیار پرجرمی نیاز دارد زیرا بیشتر سنگریزه‌ها در ستاره مرکزی می‌افتند. در مقاله‌ای جدید، اخترفیزیکدانان دانشگاه ناگویا و دانشگاه توهوکو، نتیجه شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای برای تکامل برخورد غبار به غولهای گازی در یک دیسک کامل پیش سیاره‌ای را گزارش کردند.
برداشت هنری از سیاره فراخورشیدی ابرنپتون TOI-1728b. اعتبار تصویر: Sci-News.com.
دکتر هیروشی کوبایاشی، محقق دپارتمان فیزیک در دانشگاه ناگویا، می‌گوید: «ما در مورد نحوه تشکیل سیارات تا حدودی چیزهایی می‌دانیم.
غباری که درون دیسکهای پیش سیاره‌ای دوردست در اطراف ستاره‌های تازه تشکیل شده قرار دارد، با هم برخورد کرده و منعقد می‌شود و اجرام آسمانی به نام سیاره‌های کوچک را می‌سازد. سپس اینها با هم جمع می‌شوند و سیاره‌ها را تشکیل می‌دهند.
علی‌رغم همه چیزهایی که می‌دانیم، شکل‌گیری غولهای گازی مانند مشتری و زحل، مدت‌هاست که دانشمندان را گیج کرده است.
این یک مشکل است، زیرا غولهای گازی نقش بزرگی در شکل‌گیری سیارات بالقوه قابل سکونت در منظومه‌های سیاره‌ای ایفا می‌کنند.
برای تشکیل غولهای گازی، ابتدا باید هسته‌های جامدی بسازند که جرم کافی داشته باشند، تقریباً 10 برابر جرم زمین، تا بتوانند مقادیر عظیمی از گاز را به سمت خود بکشند که به آن نام نامگذاری شده‌اند،.»
دانشمندان مدت‌هاست که برای درک چگونگی رشد این هسته‌ها تلاش کرده‌اند.
مشکل دو جانبه است: (1) رشد هسته از جمع‌آوری ساده سیاره‌های کوچک در نزدیکی بیش از چندین میلیون سال طول می‌کشد که در طی آن دیسکهای پیش سیاره‌ای حاوی غبار زنده می‌مانند. (2) تشکیل هسته‌های سیاره‌ای با قرص پیش‌سیاره‌ای تعامل دارند و باعث می‌شوند که آنها به سمت داخل به سمت ستاره مرکزی مهاجرت کنند. این شرایط را برای تجمع گاز غیرممکن می‌کند.
برای مقابله با این مشکل، دکتر کوبایاشی و دکتر هیدکازو تاناکا از مؤسسه نجومی دانشگاه توهوکو از پیشرفته‌ترین فناوری‌های رایانه‌ای برای توسعه شبیه‌سازی‌هایی استفاده کردند که می‌تواند نحوه برخورد و رشد گرد و غبار درون دیسک پیش سیاره‌ای را مدل‌سازی کند تا هسته جامد لازم برای تجمع گاز را تشکیل دهد.
دکتر کوبایاشی گفت: “برنامه جدید قادر است اجرام آسمانی در هر اندازه را کنترل کند و تکامل آنها را از طریق برخورد شبیه‌سازی کند.”
شبیه‌سازی‌ها نشان داد که سنگ‌ریزه‌های قسمت‌های بیرونی دیسک پیش سیاره‌ای به سمت داخل رانش می‌شوند تا به سیاره‌های کوچک یخی در حدود 10 واحد نجومی از ستاره مرکزی رشد کنند.
یک واحد نجومی منفرد نشان دهنده فاصله متوسط بین زمین و خورشید است. مشتری و زحل به ترتیب حدود 5.2 و 9.5 واحد نجومی از خورشید فاصله دارند.
رشد سنگریزه به سیاره‌های یخی باعث افزایش تعداد آنها در ناحیه منظومه سیاره‌ای در حال توسعه می‌شود که در حدود 9-6 واحد نجومی از ستاره مرکزی فاصله دارد.
این امر باعث افزایش نرخ رشد هسته می‌شود و در نتیجه هسته‌های جامد با جرم کافی برای انباشته شدن گاز و تبدیل شدن به غولهای گازی در دوره‌ای حدود 200000 سال به وجود می‌آید.
دکتر کوبایاشی گفت: “ما انتظار داریم که تحقیقات ما به روشن شدن کامل منشا سیارات قابل سکونت، نه تنها در منظومه شمسی، بلکه در سایر منظومه‌های سیاره‌ای اطراف ستاره‌ها کمک کند.”
ترجمه: سارا سیدحاتمی
منبع:
Computer Simulations Shed New Light on Gas Giant Formation
Jan 17, 2022 by News Staff / Source
http://www.sci-news.com/astronomy/gas-giant-formation-computer-simulations-10468.html