مهاجرت اولیه سیاره ممکن است سیارات گم شده را توضیح دهد: یک مطالعه
یک مدل جدید که تأثیر متقابل نیروهای وارد بر سیارات تازه متولد شده را توضیح می دهد، ممکن است دو مشاهدات گیج کننده را توضیح دهد.
شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای توسط دانشمندان دانشگاه رایس و همکارانشان اولین مدلی است که مدلی از شکل‌گیری و تکامل سیاره را ادغام می‌کند که دو مشاهدات گیج‌کننده از سیاره‌های فراخورشیدی را که به دور ستارگان دور می‌چرخند، توضیح می‌دهد: نادر بودن جهان‌هایی با اندازه 1.8 برابر زمین و اندازه تقریباً یکسان سیاره‌های همسایه. سیارات در صدها منظومه سیاره ای.
یکی از معماهایی که به نام “دره شعاع” شناخته می شود، مربوط به نادر بودن سیارات فراخورشیدی با شعاع 1.8 برابر زمین است. فضاپیمای کپلر ناسا سیاراتی با این اندازه را حدود 2 تا 3 برابر کمتر از مشاهده ابر زمین ها با شعاع حدود 1.4 برابر زمین و مینی نپتون ها با شعاع حدود 2.5 برابر زمین مشاهده می کند. معمای دوم، معروف به “نخود در غلاف”، مربوط به سیارات همسایه با اندازه مشابه است که در صدها منظومه سیاره ای یافت شده اند. اینها شامل TRAPPIST-1 و Kepler-223 هستند که دارای مدارهای سیاره ای تقریباً هماهنگ موسیقیایی هستند.
آندره ایسیدورو از دانشگاه رایس، نویسنده مسئول تحقیقی که این هفته در Astrophysical Journal Letters منتشر شد، گفت: “من معتقدم که ما اولین کسی هستیم که دره شعاع را با استفاده از مدلی از شکل گیری سیاره و تکامل دینامیکی توضیح می دهیم که به طور مداوم محدودیت های رصدی متعددی را به همراه دارد.” . ما همچنین می‌توانیم نشان دهیم که مدلی از شکل‌گیری سیاره‌ای که شامل برخوردهای غول‌پیکر است، با توصیف سیارات فراخورشیدی در غلاف سازگار است.»
ایزیدورو، همکار فوق دکترای ولش در پروژه سیارات هوشمند رایس که توسط ناسا تامین می‌شود، و همکارانش از یک ابر رایانه برای شبیه‌سازی 50 میلیون سال اول تکامل سیستم‌های سیاره‌ای با استفاده از مدل مهاجرت سیاره‌ای استفاده کردند. در این مدل، دیسک‌های پیش سیاره‌ای از گاز و غبار که سیاره‌های جوان را به دنیا می‌آورند نیز با آنها برهم‌کنش می‌کنند و آنها را به ستاره‌های مادرشان نزدیک‌تر می‌کنند و در حلقه‌های مداری تشدیدکننده قفل می‌کنند. این زنجیره ها در چند میلیون سال شکسته می شوند، زمانی که ناپدید شدن قرص پیش سیاره ای باعث ناپایداری مداری می شود که باعث می شود دو یا چند سیاره به یکدیگر برخورد کنند.
مدل‌های مهاجرت سیاره‌ای برای مطالعه سیستم‌های سیاره‌ای که زنجیره‌های مداری تشدید خود را حفظ کرده‌اند، استفاده شده‌اند. به عنوان مثال، ایزیدورو و همکارانش در CLEVER Planets از یک مدل مهاجرت در سال 2021 برای محاسبه حداکثر میزان اغتشاش استفاده کردند که سیستم هفت سیاره ای TRAPPIST-1 می تواند در طول بمباران تحمل کند و همچنان ساختار مداری هارمونیک خود را حفظ کند.
در مطالعه جدید، ایزیدورو با راجدیپ داسگوپتا و آندره آ ایسلا، محققان سیارات CLEVER، هر دو از رایس، هیلکه شلیتینگ از UCLA، و کریستین زیمرمن و برترام بیتش از موسسه نجوم ماکس پلانک در هایدلبرگ، آلمان، همکاری کرد.
ایسیدورو گفت: مهاجرت سیارات جوان به ستارگان میزبان خود باعث ازدحام بیش از حد می شود و اغلب منجر به برخوردهای فاجعه آمیز می شود که سیارات را از اتمسفر غنی از هیدروژن از بین می برد. “این بدان معنی است که برخوردهای غول پیکر، مانند آنچه که ماه ما را تشکیل داد، احتمالاً یک نتیجه رایج از تشکیل سیاره است.”
این تحقیق نشان می‌دهد که سیارات دارای دو «طعم» هستند، ابر زمین‌ها، که خشک، صخره‌ای و 50 درصد بزرگتر از زمین هستند، و مینی‌نپتون‌ها، که غنی از یخ‌های آبی و حدود 2.5 برابر جرم‌تر و بزرگتر از زمین هستند. ایسیدورو گفت که مشاهدات جدید به نظر می‌رسد که نتایج را تایید می‌کند، که با دیدگاه سنتی که هم ابرزمین و هم مینی نپتون جهان‌های بسیار خشک و صخره‌ای هستند، در تضاد است.
بر اساس یافته های خود، محققان پیش بینی هایی انجام دادند که می تواند توسط تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا آزمایش شود. به عنوان مثال، آنها پیشنهاد می کنند که برخی از سیارات تقریباً دو برابر زمین، اتمسفر غنی از هیدروژن اولیه خود را حفظ کرده و غنی از آب خواهند بود.
