天文學(xué)家揭開行星快速形成的秘密原行星盤中的擾動迅速演變?yōu)闅鈶B(tài)巨行星

科學(xué)家們研發(fā)出了一種新模型，旨在深入探究諸如木星這類巨行星的形成過程。

該模型為行星形成所涉及的過程提供了更為全面的認(rèn)知，有可能極大地拓展我們對于行星系統(tǒng)的知識范疇。

關(guān)于巨行星形成的理論

在太陽系里，行星依據(jù)自身的特征以及相對于太陽的位置來進行分類：內(nèi)部的巖質(zhì)行星（水星、金星、地球、火星），接著是小行星帶， 然后是氣態(tài)巨行星（ 木星、土星），冰巨行星（天王星、海王星），最后是帶有彗星的柯伊伯帶。

傳統(tǒng)理論認(rèn)為，巨行星是通過被稱為星子的小行星狀天體的碰撞與積累而形成的，隨后在數(shù)百萬年的時間當(dāng)中逐漸吸積氣體。

然而，這些理論無法充分解釋遠離其母恒星的氣態(tài)巨行星的存在或天王星和海王星的形成。

由德國慕尼黑大學(xué)天體物理學(xué)家與馬克斯· 普朗克太陽系研究所合作開發(fā)的新模型，是首個納入了所有影響行星形成的關(guān)鍵物理過程的模型。

氣態(tài)巨行星的快速形成

根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，原行星盤中被稱為“亞結(jié)構(gòu)”的環(huán)形擾動能夠促使多個氣態(tài)巨行星快速形成。

這些結(jié)果與最近的觀測結(jié)果一致，并表明巨行星的形成可能比以前認(rèn)為的更快、更有效。

為行星形成創(chuàng)造條件

研究人員指出，在原行星系統(tǒng)的湍動氣體盤中，毫米大小的塵埃顆粒能夠因空氣動力而聚集。

這種初始的擾動將塵埃困住，阻止它向恒星內(nèi)部呈螺旋式靠近。最終，形成了一個富含“建筑材料”的集中區(qū)域，為行星的形成奠定了基礎(chǔ)。

“當(dāng)一顆行星變得足夠大，能夠?qū)怏w盤產(chǎn)生影響時，這會致使盤的更遠處再次出現(xiàn)塵埃富集?！焙现叩贍枴け榷魉沟贍柦忉尩?。他是慕尼黑大學(xué)理論天體物理學(xué)教授，同時也是卓越起源星群的成員。

“在這個過程中，行星推動著塵?！拖衲裂蛉分鹧蛉阂粯印M入其軌道之外的區(qū)域?！彪S著這個過程從內(nèi)向外不斷重復(fù)，這種機制可能會導(dǎo)致另一顆巨行星的形成。

該研究的主要作者、慕尼黑大學(xué)的博士生湯米·池浩·劉指出，這是首次通過模擬追蹤到了細微塵埃成長為巨行星的過程。

年輕原行星盤中的氣態(tài)巨行星

在太陽系中，氣態(tài)巨行星與太陽的距離約為5個天文單位（ 木星） 到3 0個天文單位（海王星）。相比之下，地球距離太陽約1.5億公里，相當(dāng)于1個天文單位。

該研究表明，在其他行星系統(tǒng)中，類似的擾動可能會在更遠的距離觸發(fā)行星形成，并且形成速度很快。

此外，該模型解釋了為什么在我們的太陽系中海王星之外沒有形成更多的行星。據(jù)研究人員稱，可用的物質(zhì)材料已經(jīng)耗盡，從而停止了進一步的行星形成。

該研究結(jié)果與當(dāng)下對年輕行星系統(tǒng)的觀測情況相契合，這些年輕行星系統(tǒng)的圓盤通常會呈現(xiàn)出顯著的子結(jié)構(gòu)。

太陽系中的巨行星

研究表明，巨行星和氣態(tài)巨行星的形成比之前認(rèn)為的更高效、更迅速。

這種新的認(rèn)識能夠完善我們對于太陽系中巨行星起源和發(fā)展的理解，并解釋所觀察到的行星系統(tǒng)的多樣性。

總之，慕尼黑大學(xué)團隊的這一發(fā)現(xiàn)為巨行星的形成展現(xiàn)出了更為詳盡且動態(tài)的圖景，有可能重新塑造我們對于行星系統(tǒng)發(fā)展以及行星形成所需條件的認(rèn)知。

“需要進一步對代碼進行優(yōu)化，以研究統(tǒng)計效應(yīng)， 并對行星系統(tǒng)的多樣性予以建模。而且，行星氣體吸積仍然是一個活躍的研究領(lǐng)域。”研究作者指出。

要模擬太陽系巨行星的形成時間，就需要針對氣體吸積展開更深入的專門研究。（綜合整理報道）（策劃/李嘉婧）