Před objevem prvních exoplanet neměli astronomové žádný důvod myslet si, že naše Sluneční soustava je mimořádná. Nyní teoretičtí astrofyzikové z Northwestern University (Evanston, Illinois) použili při svých simulacím výkonnější počítače a data o zhruba 300 exoplanetách objevených během posledních 15 let. Proto lépe porozuměli formování planetárních systémů jako celku a ve všech směrech. Dospěli k znepokojivému objevu. Pokud by počáteční podmínky byly jen nepatrně odlišné, osud naší Sluneční soustavy mohl být zcela jiný. Vznikající planety by byly nemilosrdně vtaženy do Slunce, nebo vystřeleny do kosmického prostoru.
Dřívější modely byly omezeny možnostmi počítačové techniky, proto poskytovaly jen „letmý“ pohled na tuto problematiku. Vědci poprvé použili velkorozměrové počítačové simulace a vytvořili více než 100 různých možností. Modelovali formování planetárních soustav od začátku do konce; počínaje generickým prachoplynným diskem přes vznik centrální hvězdy až po závěrečné komplexní zformování celé planetární soustavy. Výsledky ukázaly, že vznik průměrné planetární soustavy je dramatický a plný chaosu a násilí. Ke zformování takového systému jako je naše poměrně klidná Sluneční soustava jsou potřebné „právě ty správné“ podmínky.
Video: Ed Thommes o formování solárních systémů
„Ve skutečnosti jen 6 % simulací produkuje výsledek, který se zhruba podobá Sluneční soustavě,“ říká Eduard W. Thommes (University of Guelph, Kanada), vedoucí autor článku, který byl 8. srpna 2008 publikován v Science: „Gas Disks to Gas Giants: Simulating the Birth of Planetary Systéme“ [Science 8 August 2008: Vol. 321. no. 5890, pp. 814 – 817 DOI: 10.1126/science.1159723]. Spoluautory jsou Soko Matsumura a Frederic A. Rasio (Northwestern Universit).
Před objevem prvních exoplanet na počátku devadesátých let min. století jsme znali pouze našich 9 (dnes 8) planet (články: Pluto už jen „trpasličí planetou“ a Pluto je plutoidom ). To omezovalo modely vzniku planet a astronomové neměli žádný důvod k pochybnostem o běžném výskytu systémů jako je naše Sluneční soustava.
„Nyní již víme, že další planetární soustavy vůbec nevypadají jako Sluneční soustava,“ řekl Rasio. „Oběžné dráhy exoplanet jsou značně protáhlé, nikoliv jen nepatrně a ani nejsou kruhové. Planety nejsou tam, kde je očekáváme. Mnoho z nich se podobá obřímu Jupiteru a jsou nazývány "horké Jupitery". Obíhají tak blízko okolo mateřské hvězdy, že jejich oběžné doby trvají pouhé dny. Proto jsme museli začít se vznikem planet od začátek a to s větší různorodostí planet než jakou nyní pozorujeme.“
Velké množství údajů o exoplanetách shromážděných během posledních 15 let umožnilo vědeckému týmu pracovat na pochopení formování planet v mnohem větší šíři než to bylo možné dříve. Vzhledem k rozmanitosti fyzikálních úkazů spojených s plynem, gravitací a zrnitostí materiálu a jejich variacemi nebylo modelování celé planetární soustavy lehké.
Modelování růstu planet, gravitační interakce mezi nimi a to komplexně v planetární soustavě vyžadovalo výkonné počítače. Aby to vůbec zvládly, vědci se nezaměřovali na jemné detaily dynamiky kapalin v discích, ale tyto jevy posuzovali jen obecně. Díky tomu byli schopni simulovat vznik planetární soustavy jako celku.
Simulace ukazují, že původ průměrné planetární soustavy je extrémně dramatický. Prachoplynný disk „rodí“ planety, ale také je nemilosrdně tlačí směrem k centrální hvězdě, kde se mačkají nebo jsou pohlceny. Mezi rostoucími planetami panuje bezohledný konkurenční boj o plyn - chaotický proces, jehož výsledkem je velká různorodost hmotností planet.
Když se planety k sobě přiblíží, často vznikají dynamické rezonance, které řídí jejich oběžné dráhy a „protahují“ je. Takové gravitační „objetí“ má často za následek tzv. prakový efekt - vyhození planety do jiné části soustavy nebo až do kosmického prostoru.
„Navzdory nejlepšímu úsilí zničit své potomstvo, je plynný disk nakonec zkonzumován a rozptýlen a objeví se mladá planetární soustava,“ řekl Rasio. „Taková bouřlivá historie ponechává jen velmi malý prostor pro klidnou Sluneční soustavu. A naše simulace přesně toto ukazují. Vznik Sluneční soustavy je možný jen za vhodných podmínek.“
Příliš hmotný plynný disk způsobí např. při formování planet anarchii a nepořádek a vznikají „horké Jupitery“ s nekruhovými oběžnými drahami. Při příliš malé hmotnosti disku nevznikne nic většího než Neptun - „ledový obr“ pouze s malým množstvím plynu.
„Nyní lépe rozumíme procesu formování planet a můžeme vysvětlit vlastnosti pozorovaných exoplanet,“ dodává Rasio. „Také jsme se dozvěděli, že Sluneční soustava není zcela běžná a začínáme rozumět tomu, co ji dělá výjimečnou.“
„To, co bychom opravdu rádi věděli, jsou skutečné počáteční podmínky v discích,“ říká Thommes. „Věříme, že naše simulace pokrývají všechny možnosti a že skutečná distribuce plynu leží někde uvnitř tohoto rozsahu. Dosud neumíme přesně stanovit procento soustav podobných Sluneční soustavě. V současnosti můžeme pouze říci, že naše Sluneční soustava je "vzácná".“
Zdroj: Northwestern University, ScienceDaily
Diskuze:
