Юпитер мог столкнуться с протопланетой 4,5 миллиарда лет назад

Мощное столкновение молодого Юпитера и каменной протопланеты в 10 раз плотнее Земли в ранней Солнечной системе примерно 4,5 миллиарда лет назад может объяснить неожиданные данные, которые получены межпланетной станцией Juno.

Астрономы из Университета Райса (Rice University) и университета имени Сунь Ят-сена (Sun Yat-sen University) предполагают, что их сценарий столкновения может объяснить данные по гравитационному полю Юпитера, которые прежде казались загадочными. Оказывается, ядро Юпитера менее плотное и более крупное, чем считалось ранее. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

Ведущие теории образования планет предполагают, что Юпитер начинал формироваться как каменистая или ледяная планета. У неё позже сфомировалась плотная атмосфера из вещества протопланетного диска.

Главный автор работы Шан-Фей Лю (Shang-Fei Liu) высказал идею, что данные Juno можно объяснить последствием столкновения Юпитера с другой планетой, в результате которого ядро Юпитера испытало воздействие, а содержимое ядра перемешалось с менее плотными внутренними слоями планеты. Поначалу Изелла был настроен скептически: «Мне казалось, что это звучало очень маловероятно, как вероятность один к триллиону», — вспоминает он.

Учёные провели множество компьютерных моделирований и обнаружили, что быстрорастущий Юпитер мог нарушить орбиты близлежащих «планетных зародышей» — протопланет, которые находились на ранних стадиях формирования.

В расчёты были включены оценки вероятности столкновения для различных сценариев и углов соударения. Во всех случаях Лю и его коллеги обнаруживали как минимум 40% вероятность того, что Юпитер поглотил протопланету в первые несколько миллионов лет своего существования. Дополнительный фактор в пользу этой теории — Юпитер производил «сильную гравитационную фокусировку». Из-за своей большой массы он чаще сталкивался с телами с малой массой, чем проходил по касательной мимо них. Сценарий столкновения стал ещё более убедительным, когда Лю запустил компьютерные 3D-модели. Они показали, как столкновение повлияет на ядро Юпитера.

«Поскольку ударное тело было плотным, при ударе выделилось колоссальное количество энергии. Оно выступило в роли пули, которая прошла сквозь атмосферу Юпитера и врезалась в ядро. До удара ядро было очень плотным и окружено атмосферой. В результате столкновения ядро молодого Юпитера смешалось с остатками ударного тела», — сказал Изелла.

Моделирования показывают, что протопланета массой около 10 масс Земли оказалась в «гравитационной ловушке» и постепенно погрузилась в ядро Юпитера.

Расчёты показывают, что даже если такое столкновение произошло 4,5 миллиарда лет назад, потребовалось несколько миллиардов лет, чтобы вновь сформировать плотное ядро.

Изелла заявил, что перспективы данной работы выходят за пределы нашей Солнечной системы. «Существуют данные наблюдений за звёздами, которые можно объяснить подобным событием. Это новая область исследования, поэтому результаты весьма неубедительны. Но, при поисках экзопланет у далёких звёзд, астрономы иногда регистрируют инфракрасное излучение от объектов, которое исчезает через несколько лет. Когда две каменистые планеты сталкиваются и разбиваются вдребезги, они могут создать облако пыли, которое поглощает и переизлучает свет от звезды. Астрономы как бы видят вспышку — теперь само облако пыли излучает свет. Через некоторое время пыль рассеивается, это излучение исчезает», — сказал Изелла.

Источник: news.rice.edu