شبیه‌سازی‌ها سرنخی از رمز و راز سیارات پنهان را ارائه می‌دهند
دیسک پیش سیاره‌ای که توسط آلما (سمت چپ) مشاهده شد و دیسک پیش سیاره‌ای در طول مهاجرت سیاره‌ای در شبیه‌سازی ATERUI II (راست). خط‌چین در شبیه‌سازی مدار یک سیاره را نشان می‌دهد و ناحیه خاکستری ناحیه‌ای را نشان می‌دهد که توسط حوزه محاسباتی شبیه‌سازی پوشش داده نشده است. اعتبار: کازوهیرو کاناگاوا، ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)
تشکیل سیارات یکی از توضیح‌های ممکن برای حلقه‌ها و شکاف‌های مشاهده شده در دیسک‌های گاز و غبار اطراف ستاره‌های جوان است. اما این نظریه در توضیح این امر مشکل دارد که چرا یافتن سیارات مرتبط با حلقه‌ها نادر است. شبیه‌سازی‌های جدید ابررایانه‌ای نشان می‌دهد که پس از ایجاد یک حلقه، یک سیاره می‌تواند دور شده و حلقه را پشت سر بگذارد. این نه تنها تئوری سیاره‌ای برای تشکیل حلقه را تقویت می‌کند، شبیه‌سازی‌ها هم نشان می‌دهد که یک سیاره در حال مهاجرت می‌تواند الگوهای متنوعی مطابق با آنچه ایجاد کند که در دیسک ها مشاهده شده است.
ستارگان جوان توسط دیسک‌های پیش‌سیاره‌ای گاز و غبار احاطه شده‌اند. یکی از قدرتمندترین آرایه‌های تلسکوپ رادیویی جهان، آلما (آرایه میلی‌متری/زیر میلی‌متری بزرگ آتاکاما)، الگوهای متنوعی از حلقه‌ها و شکاف‌های متراکم‌تر و کم‌تر را در این دیسک‌های پیش‌سیاره‌ای مشاهده کرده است. اثرات گرانشی سیاراتی که در دیسک شکل می‌گیرند، نظریه‌ای برای توضیح این ساختارها هستند، اما مشاهدات بعدی که به دنبال سیارات نزدیک حلقه‌ها هستند تا حد زیادی ناموفق بوده است.
در این تحقیق، تیمی از دانشگاه ایباراکی، دانشگاه کوگاکوین و دانشگاه توهوکو در ژاپن از قدرتمندترین ابرکامپیوتر اختصاص داده شده به نجوم، ATERUI II در رصدخانه ملی نجوم ژاپن، برای شبیه‌سازی دور شدن سیاره از شکل‌گیری اولیه خود استفاده کردند. نتایج نشان داد که در یک دیسک با ویسکوزیته کم، حلقه‌ای که در محل اولیه یک سیاره تشکیل شده است، با مهاجرت سیاره به سمت داخل حرکت نمی‌کند. تیم سه مرحله مجزا را شناسایی کرد. در فاز I، حلقه اولیه با حرکت سیاره به سمت داخل دست نخورده باقی می‌ماند. در فاز دوم، حلقه اولیه شروع به تغییر شکل می‌کند و حلقه دوم در مکان جدید سیاره شروع به تشکیل می‌کند. در فاز III حلقه اولیه ناپدید می‌شود و تنها حلقه دوم باقی می‌ماند.
مقایسه سه فاز تشکیل حلقه و تغییر شکل یافت شده در این شبیه‌سازی‌ها توسط ATERUI II (بالا) با نمونه‌های واقعی مشاهده شده توسط ALMA (پایین). خطوط نقطه‌چین در شبیه‌سازی مدار سیارات را نشان می‌دهند و مناطق خاکستری مناطقی را نشان می‌دهند که تحت پوشش حوزه محاسباتی شبیه‌سازی نیستند. در ردیف بالا، دیسک‌های پیش‌سیاره‌ای شبیه‌سازی شده از چپ به راست در شروع مهاجرت سیاره‌ای (فاز اول)، در طول مهاجرت سیاره‌ای (فاز دوم) و در پایان مهاجرت سیاره‌ای (فاز III) نشان داده شده‌اند. اعتبار: کازوهیرو کاناگاوا، ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)
این نتایج به توضیح این امر کمک می‌کند که چرا سیارات به ندرت در نزدیکی حلقه‌های بیرونی مشاهده می‌شوند و سه فاز شناسایی‌شده در شبیه‌سازی‌ها به خوبی با الگوهای مشاهده شده در حلقه‌های واقعی مطابقت دارند. رصدهای با وضوح بالاتر از تلسکوپ‌های نسل بعدی که بهتر می‌توانند سیارات نزدیک به ستاره مرکزی را جستجو کنند، به تعیین میزان مطابقت این شبیه‌سازی‌ها با واقعیت کمک می‌کند.
ترجمه: سارا سیدحاتمی
منبع:
Simulations provide clue to missing planets mystery
by National Institutes of Natural Sciences
https://phys.org/news/2021-11-simulations-clue-planets-mystery.html