Radiațiile arzătoare ale Soarelui au dus la amestecarea planetelor din sistemul solar

În primii ani ai sistemului solar, planetele gigantice încă în formare au făcut ocoluri, au făcut un „do-si-do” și apoi și-au îndepărtat unul dintre parteneri de sub influența gravitațională a soarelui. Lucrurile s-au așezat, iar sistemul nostru planetar a ajuns în configurația sa finală.

Ce a declanșat această schimbare planetară a fost necunoscut. Acum, simulările pe calculator sugerează că radiațiile fierbinți ale soarelui tânăr care evaporă discul de gaz și praf care formează planetele a dus la amestecarea orbitelor planetelor gigantice, au raportat cercetătorii în revista „The 28 April 28”. Nature.

Prin urmare, este posibil ca cele mai mari patru planete să se fi aflat în configurația lor finală la mai puțin de 10 milioane de ani de la nașterea sistemului solar, în urmă cu aproximativ 4,6 miliarde de ani. Acest lucru este mult mai rapid decât cele 500 de milioane de ani pe care le sugerase lucrarea anterioară.

Mecanismul de amestecare a planetelor pe care echipa l-a descoperit în simulările pe calculator este foarte inovator, spune Nelson Ndugu, un astrofizician care studiază formarea sistemelor planetare la Universitatea North-West din Potchefstroom, Africa de Sud, și la Universitatea Muni din Arua, Uganda. „Are un potențial uriaș”.

Sute de dovezi, inclusiv observații ale sistemelor planetare extrasolare care se formează (SN: 7/2/18), au indicat deja că ceva în istoria timpurie a sistemului nostru solar a amestecat orbitele planetelor gigantice, ceea ce oamenii de știință numesc instabilitatea planetelor gigantice (SN: 5/25/05/05).

„Dovezile pentru instabilitatea planetei gigantice sunt foarte solide”, spune Seth Jacobson, cercetător planetar la Universitatea de Stat din Michigan din East Lansing. „Aceasta explică multe caracteristici ale sistemului solar exterior”, spune el, cum ar fi numărul mare de obiecte stâncoase de dincolo de Neptun care alcătuiesc Centura Kuiper (SN: 12/31/09).

Pentru a afla ce a declanșat această instabilitate, Jacobson și colegii săi au rulat simulări pe calculator ale miilor de moduri în care s-ar fi putut dezvolta sistemul solar timpuriu. Toate au început cu o stea tânără și un disc de gaz și praf care formează planete în jurul stelei. Echipa a modificat apoi parametrii discului, cum ar fi masa, densitatea și viteza de evoluție a acestuia.

Simulările au inclus, de asemenea, planetele gigantice încă în formare – cinci dintre ele, de fapt. Astronomii cred că un al treilea gigant de gheață, în plus față de Uranus și Neptun, a fost inițial un membru al sistemului solar (SN: 4/20/12). Jupiter și Saturn completează numărul final al acestor planete masive.

Când soarele a devenit oficial o stea, adică în momentul în care a început să ardă hidrogen în miezul său – în urmă cu aproximativ 4,6 miliarde de ani – emisia sa ultravioletă ar fi lovit gazul de pe disc, ionizându-l și încălzindu-l la zeci de mii de grade. „Acesta este un proces foarte bine documentat”, spune Jacobson. Pe măsură ce gazul se încălzește, se extinde și se îndepărtează de stea, începând cu porțiunea interioară a discului.

„Discul își dispersează gazul din interior spre exterior”, spune Beibei Liu, un astrofizician de la Universitatea Zhejiang din Hangzhou, China. El și Jacobson au colaborat cu astronomul Sean Raymond de la Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux din Franța în noua cercetare.

În simulările echipei, pe măsură ce partea interioară a discului se dizolvă, acea zonă își pierde masa, astfel încât planetele încorporate, încă în formare, simt mai puțină gravitație din acea regiune, spune Jacobson. Dar planetele simt în continuare aceeași cantitate de atracție din partea regiunii exterioare a discului. Această torsiune gravitațională, așa cum o numește echipa, poate declanșa un efect de ricoșeu: „Inițial, planetele migrează înăuntru și ajung la [inner] marginea acestui disc, și își inversează migrația”, spune Liu.

Din cauza masei mari a lui Jupiter, acesta nu este în mare parte afectat. Saturn, însă, se deplasează spre exterior și intră în regiunea care, în simulări, conține cele trei planete gigantice de gheață. Această zonă devine aglomerată, spune Liu, și urmează interacțiuni planetare strânse. Un gigant de gheață este dat afară din sistemul solar în întregime, Uranus și Neptun se deplasează puțin mai departe de Soare și „formează treptat orbite apropiate de configurația sistemului nostru solar”, spune Liu.

În simulările lor pe calculator, cercetătorii au descoperit că, pe măsură ce radiația solară evaporă discul, aproape întotdeauna are loc o remaniere planetară. „Nu putem evita această instabilitate”, spune Jacobson.

Acum că cercetătorii au o idee despre ce ar fi putut cauza această remaniere a sistemului solar, următorul pas este să simuleze modul în care evaporarea discului ar putea afecta alte obiecte.

„Ne-am concentrat foarte mult pe planetele gigantice, deoarece orbitele lor au fost motivația inițială”, spune Jacobson. „Dar acum, trebuie să facem munca de urmărire pentru a arăta cum acest mecanism de declanșare se referă la corpurile mici”.