Teori baru mengenai bagaimana bentuk planet menemui kestabilan di tengah-tengah pergolakan ganas dalam gas berpusing yang mengelilingi bintang muda. Kawasan terlindung ini adalah tempat planet dapat mula terbentuk tanpa dimusnahkan. Teori ini akan diterbitkan dalam jurnal Icarus edisi Februari.
"Ini adalah cara lain untuk memulakan planet ini. Ini menikahi dua teori utama pembentukan planet, ”kata Richard Durisen, profesor astronomi dan ketua jabatan itu di Indiana University Bloomington. Durisen adalah peneraju penggunaan komputer untuk memodelkan pembentukan planet.
Melihat simulasi yang dijalankan di monitor komputer, mudah dibayangkan melihat dari sudut pandang ke bawah di ruang antara bintang dan menyaksikan prosesnya benar-benar berlaku.
Cakera gas hijau berpusing di sekitar bintang pusat. Akhirnya, lengan lingkaran berwarna kuning mulai muncul di dalam cakera, menunjukkan kawasan di mana gas menjadi lebih padat. Kemudian beberapa gumpalan merah muncul, pada mulanya hanya petunjuk tetapi kemudian secara beransur-ansur lebih stabil. Kawasan merah ini lebih padat, menunjukkan di mana jisim gas terkumpul yang kemudian menjadi planet.
Gas yang bergelora dan cakera berpusing adalah konstruksi matematik menggunakan hidrodinamik dan grafik komputer. Monitor komputer memaparkan hasil pengiraan para saintis sebagai animasi berwarna-warni.
"Ini adalah cakera gas dan debu yang dilihat oleh para astronom di sekitar kebanyakan bintang muda, dari mana planet terbentuk," jelas Durisen. "Mereka seperti pusaran raksasa yang berputar di sekitar bintang di orbit. Sistem suria kita sendiri terbentuk daripada cakera seperti itu. "
Para saintis kini mengetahui lebih daripada 130 planet di sekitar bintang lain, dan hampir semuanya sekurang-kurangnya sama besarnya dengan Musytari. "Planet gergasi gas lebih biasa daripada yang kita duga 10 tahun yang lalu," katanya. "Alam cukup bagus dalam membuat planet ini."
Kunci untuk memahami bagaimana planet dibuat adalah fenomena yang disebut ketidakstabilan graviti, menurut Durisen. Para saintis telah lama berfikir bahawa jika cakera gas di sekitar bintang cukup besar dan cukup sejuk, ketidakstabilan ini berlaku, yang memungkinkan graviti cakera mengatasi tekanan gas dan menyebabkan bahagian cakera bergabung bersama dan membentuk gumpalan yang padat, yang dapat menjadi planet.
Walau bagaimanapun, cakera yang tidak stabil secara graviti adalah persekitaran yang ganas. Interaksi dengan bahan cakera dan gumpalan lain dapat membuang planet yang berpotensi ke bintang pusat atau merobeknya sepenuhnya. Sekiranya planet terbentuk dalam cakera yang tidak stabil, mereka memerlukan persekitaran yang lebih dilindungi, dan Durisen berpendapat bahawa dia telah menjumpainya.
Semasa simulasi dijalankan, cincin gas terbentuk di cakera di pinggir kawasan yang tidak stabil dan tumbuh lebih padat. Sekiranya zarah pepejal yang terkumpul di dalam cincin dengan cepat berpindah ke tengah cincin, inti planet dapat terbentuk lebih cepat.
Faktor masa adalah penting. Cabaran utama yang dihadapi oleh Durisen dan ahli teori lain adalah penemuan baru-baru ini oleh para ahli astronomi bahawa planet gas gergasi seperti Musytari terbentuk dengan cepat berdasarkan standard astronomi. Mereka harus - jika tidak, gas yang mereka perlukan akan habis.
"Ahli astronomi sekarang tahu bahawa cakera gas besar di sekitar bintang muda cenderung hilang dalam jangka masa beberapa juta tahun," kata Durisen. "Jadi itulah peluang untuk membuat planet kaya gas. Musytari dan Saturnus dan planet-planet yang biasa terdapat di sekitar bintang-bintang lain adalah semua raksasa gas, dan planet-planet itu harus dibuat dalam jangka masa beberapa juta tahun ini ketika masih terdapat banyak cakera gas di sekitarnya. "
Keperluan kepantasan ini menyebabkan masalah bagi teori apa pun dengan pendekatan santai untuk membentuk planet, seperti teori penambahan teras yang merupakan model standard hingga baru-baru ini.
"Dalam teori penambahan teras, pembentukan planet gergasi gas dimulakan dengan proses yang serupa dengan cara planet seperti Bumi terkumpul," jelas Durisen. "Benda padat saling bersentuhan dan bersatu dan bertambah besar. Sekiranya objek pepejal tumbuh kira-kira 10 kali jisim Bumi, dan terdapat juga gas di sekitarnya, ia menjadi cukup besar untuk menarik banyak gas secara graviti. Setelah itu berlaku, anda mendapat pertumbuhan pesat planet gergasi gas. "
Masalahnya adalah, memerlukan masa yang lama untuk membentuk teras yang kukuh dengan cara itu - di mana saja dari sekitar 10 juta hingga 100 juta tahun. Teori ini mungkin berfungsi untuk Musytari dan Saturnus, tetapi tidak untuk berpuluh-puluh planet di sekitar bintang lain. Sebilangan besar planet lain mempunyai massa Musytari berkali-kali, dan sangat sukar untuk membuat planet yang begitu besar dengan pertambahan teras.
Teori bahawa ketidakstabilan graviti dengan sendirinya dapat membentuk planet gergasi gas pertama kali dikemukakan lebih dari 50 tahun yang lalu. Baru-baru ini dihidupkan semula kerana masalah dengan teori penambahan teras. Idea bahawa sejumlah besar gas tiba-tiba runtuh oleh graviti untuk membentuk objek yang padat, mungkin hanya dalam beberapa orbit, pasti sesuai dengan jangka waktu yang ada, tetapi ia mempunyai beberapa masalah tersendiri.
Menurut teori ketidakstabilan graviti, lengan lingkaran membentuk cakera gas dan kemudian berpecah menjadi gumpalan yang berada di orbit yang berbeza. Gumpalan ini bertahan dan tumbuh lebih besar sehingga planet terbentuk di sekitarnya. Durisen melihat gumpalan ini dalam simulasi - tetapi ia tidak bertahan lama.
"Gumpalan itu terbang di sekitar dan ricih dan terbentuk semula dan hancur berulang kali," katanya. "Sekiranya ketidakstabilan graviti cukup kuat, lengan lingkaran akan menjadi gumpalan. Persoalannya, apa yang terjadi pada mereka? "
Penulis bersama makalah tersebut adalah pelajar kedoktoran IU Kai Cai dan dua bekas pelajar Durisen: Annie C. Mejia, rakan pasca doktoral di Jabatan Astronomi, Universiti Washington; dan Megan K. Pickett, profesor fizik dan astronomi bersekutu, Purdue University Calumet.
Sumber Asal: Siaran Berita Universiti Indiana
