Cum se formează planetele?

Cum se formează planetele? Timp de mulți ani oamenii de știință au crezut că au înțeles acest proces studiind singurul exemplu la care am avut acces: propriul nostru Sistem Solar.

Cu toate acestea, descoperirea în anii 1990 a unor planete din jurul unor stele îndepărtate a arătat, în mod clar, că formarea planetelor este un proces mult mai complicat decât se credea.

Într-o nouă cercetare am studiat un corp gazos gigant, fierbinte, asemănător planetei Jupiter, în curs de formare în jurul unei stele aflată la aproximativ 500 de ani-lumină distanţă de Pământ.

Această raritate a unei planete în proces de formare, care atrage materia dintr-un disc vast de praf și gaz ce se învârte în jurul unei stele tinere, a deschis o nouă perspectivă asupra unor mistere care i-au nedumerit pe astronomi timp de ani de zile.

Un triumf științific?

Cercetările științifice privind originile Pământului și ale celorlalte planete ale Sistemului Solar au început la mijlocul anilor 1700.

Bazându-se pe lucrarea gânditorului suedez Emanuel Swedenborg, celebrul filosof german Immanuel Kant a propus că Soarele și mica sa familie planetară s-au format dintr-un nor primordial în rotație. Kant a etichetat acest lucru sub numele „Urnebel”, ceea ce înseamnă nebuloasă în limba germană.

Ideea a fost ulterior perfecționată de savantul francez Pierre Laplace și de atunci aceasta a avut mai multe completări și revizuiri, dar oamenii de știință moderni cred că este corectă. Descendentul modern al ipotezei lui Kant, acum completat cu o fizică detaliată, poate explica majoritatea trăsăturilor observate ale Sistemului Solar.

Nebuloasa Orion

„Nori primordiali” de praf și gaz din care se formează planete în Nebuloasa Orion. Credit: CR O’Dell/Universitatea Rice; NASA

În prezent putem efectua simulări pe computer cu toate setările potrivite și obţinem o replică digitală frumoasă a Sistemului Solar. Aceasta are tipurile potrivite de planete aflate pe orbitele potrivite, la fel ca în cazul real.

Acest model este o sinteză triumfătoare ale unor idei din geologie, chimie, fizică și astronomie și părea că este universal valabil. Această până când astronomii l-au confruntat cu planete din afara Sistemului nostru Solar.

Dincolo de Sistemul Solar

Primele sisteme planetare care orbitează stelele îndepărtate au fost descoperite la mijlocul anilor 1990 şi ele au stârnit imediat controverse și consternare. Noile planete nu se potriveau deloc cu modelul teoretic stabilit pe baza Sistemului Solar.

A devenit astfel evident că ar putea exista moduri diferite de formare a sistemelor planetare. Printre miile de planete care orbitează în jurul altor stele și care populează acum cataloagele noastre, familia de planete a Soarelui nostru a început să pară chiar puțin neobișnuită.

În ciuda acestui fapt, acreția de bază, care este unul din procesele implicate în formarea planetelor, despre care credem că este responsabilă pentru apariţia unor planete gigantice gazoase, precum Jupiter și Saturn, a trecut testul timpului.

Acreția de bază începe cu gazele și boabele de praf microscopice despre care se crede că compun norul primordial tipic al lui Kant, care are forma unui disc turtit ce se rotește având o stea abia formată în centru.

Boabele de praf se adună împreună în boabe succesiv mai mari, apoi pietricele, roci și aşa mai departe, în cascadă, până la stadiul de „planetezimal”.

Atunci când o astfel de acumulare de materie devine suficient de mare se atinge un punct critic în care atracția gravitațională ajută planeta embrionară să atragă rapid gaz, praf și alte aglomerări de materie, eliberându-și calea orbitală și creând un gol circular în disc.

Acesta este un triumf al astronomiei moderne prin faptul că exact tipurile de „goluri de disc” prezise de teorie sunt acum observate și studiate în cosmos.

Formarea planetelor

Reprezentare artistică a formării unei planete. Credit: NASA, ESA, STScI, Joseph Olmsted (STScI)

O mare criză

Cu toate acestea, există unele lucruri pe care acreţia de bază nu le poate explica. Au fost observate planete masive orbitând departe de stelele lor gazdă, în zone reci, îndepărtate.

Conform teoriei acreției de bază, astfel de planete nu ar trebui să existe, deoarece sunt prea departe, pe orbite unde mișcare lor este prea lentă pentru a permite formarea planetelor.

Un nou model de „colaps gravitațional” a fost formulat pentru a explica formarea neașteptată a acestor planete îndepărtate, masive. Ideea de bază este că discul primordial poate deveni instabil, dacă are o masă suficientă, prăbușindu-se gravitaţional şi formând astfel planete într-un mod rapid.

Se părea că această teorie ar putea explica planetele aberante, dar din moment ce toate exemplele cunoscute erau foarte vechi (de obicei miliarde de ani), această teorie a rămas doar o teorie. Până acum.

S-a născut o planetă

Anul trecut, noi și colegii noștri am observat o planetă masivă, aflată încă în proces de formare, în jurul unei stele la aproximativ 500 de ani-lumină de Pământ.

Această stea, numită AB Aurigae, a devenit faimoasă în cercurile astronomice pentru discul frumos, complicat, spiralat care o înconjoară.

Aglomerările și undele observate în acest disc (și în altele asemenea) sunt în concordanță cu ceea ce s-ar putea vedea dacă ar avea loc colapsul gravitațional. Până acum dovada unei planete în formare a lipsit.

Planetă în formare în jurul stelei AB Aurigae

Discul din jurul AB Aurigae. Planeta care se formează este pata strălucitoare din partea de jos. Credit: Currie şi colaboratorii/Nature Astronomy.

Această planetă nou descoperită, denumită AB Aurigae b, este încorporată într-un halou gros, învolburat, de praf și gaz, în mijlocul unor spirale și unde revelatoare pentru colapsul gravitațional. Planeta este de aproximativ 93 de ori mai departe de steaua sa decât este Pământul față de Soare, cu mult în afara regiunii în care teoria tradițională a acreției de bază ar putea explica formarea sa.

Această descoperire oferă astfel dovezi puternice pentru teoria alternativă a colapsului gravitațional.

Descoperirea a fost făcută folosind observațiile de la Telescopul Subaru de la Mauna Kea, Hawaii, precum și de la Telescopul Spațial Hubble.

Ca urmare a energiei din procesul de formare, care este violent și rapid, planeta este suficient de fierbinte pentru a străluci (aproximativ 2000 °C). Această strălucire este cea care dezvăluie prezența planetei. În același timp, gazul și praful din jurul planetei în formare sunt iluminate de lumina albăstruie a stelei centrale a lui AB Aurigae.

Telescoape mai mari și mai bune

Această nouă descoperire oferă o piesă critică a puzzle-ului de formare a planetelor, dar problema nu este în niciun caz închisă.

Pe măsură ce telescoapele devin mai mari și metodele de observație devin mai avansate, ne așteptăm să vedem multe alte planete în toate etapele dezvoltării lor, precum și planete mature, complet formate, cum ar fi Pământul.

În cele din urmă, putem spera să răspundem la unele întrebări fundamentale precum: cum s-a format o gamă atât de ciudată și diversă de sisteme planetare în galaxie, care sunt condițiile în aceste noi lumi și cum se încadrează propriul nostru Sistem Solar printre ele?

Traducere după How do planets form? A ‘baby Jupiter’ hundreds of light-years away offers new clues

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată.