Układ Słoneczny mógł powstawać w dwóch etapach

Wśród autorów pracy jest dr Joanna Drążkowska, polska astrofizyczka pracująca na Uniwersytecie Ludwika i Maximilliana w Monachium w Niemczech (Uniwersytet Monachijski). Związki z Polską ma także druga osoba spośród grona autorów – prof. Gregor Golabek z Uniwersytetu w Bayreuth w Niemczech.

Powszechnie obecnie przyjmowany obraz powstawania Układu Słonecznego przewiduje, iż Słońce wraz z układem planetarnym uformowało się z zagęszczenia obłoku gazowego, który zapadł się grawitacyjnie. Kurczenie się obłoku powodowało wzrost gęstości oraz wytworzenie się wirującego dysku protoplanetarnego. W centrum powstała protogwiazda, która potem przekształciła się w Słońce, a w dysku uformowały planety. Planety powstały w wyniku kolizji pomiędzy ziarnami pyłu, które zaczęły tworzyć coraz większe obiekty, aż powstały kilkukilometrowe ciała nazywane planetozymalami, które dalej się zderzały. Istotną rolę w tych procesach może odgrywać tzw. linia śniegu, oddzielająca obszary, w których w dysku występowały substancje gazowe (bliżej gwiazdy) oraz obszar, gdzie woda przechodziła do stanu lodu (dalej od gwiazdy).

Dowody geochemiczne i astronomiczne wskazują, że formowanie się planet zachodziło w dwóch odseparowanych strefach. Nie jest znana dokładna przyczyna tego zróżnicowania – dlaczego planety znajdujące się blisko Słońca są małe i suche (z małą zawartością wody w stosunku do swojej masy), a planety w zewnętrznych częściach Układu Słonecznego są większe i bardziej mokre pod tym względem.

Nowa praca opisuje formowanie się Układu Słonecznego, próbując wyjaśnić kilka kluczowych kwestii dotyczących powstawania planet skalistych (jak Ziemia, czy Mars), gazowych (jak Jowisz) oraz skład różnych rodzin planetoid i meteorytów. Zaproponowano wytłumaczenie astrofizycznych i geologicznych procesów w trakcie najwcześniejszej fazy tworzenia się Słońca i systemu planetarnego.

Według autorów publikacji, planetozymale mogły powstawać w dwóch osobnych etapach. Obliczenia numeryczne i obserwacje wskazują, że miejsca, w których formują się planety, mogą mieć względnie niski poziom turbulencji. W takich warunkach oddziaływania pomiędzy ziarnami pyłu w dysku oraz wodą przechodzącą z fazy gazowej do lodu (linia śniegu) mogły wzbudzić wczesny okres formowania się planetozymali, a potem w późniejszym okresie mogła nastąpić druga fala powstawania planetozymali, ale w dalszej odległości.

Planetozymale w wewnętrznej części Układu Słonecznego stały się bardzo gorące, wytworzyły wewnętrzne oceany magmy, szybko uformowały żelazne jądra i utraciły gaz, co skutkuje obecnym suchym składem planet. Z kolei planetozymale w zewnętrznej części Układu Słonecznego uformowały się później i w mniejszym stopniu doświadczyły tych procesów.

„Nasze badania rzucają kompletnie nowe światło na proces powstawania planet. Stara teoria nie potrafiła wyjaśnić kluczowego pierwszego kroku, w którym pył formuje pierwsze związane grawitacyjnie ciała, czyli planetozymale, więc po prostu zakładała, że powstają one szybko i wszędzie w dysku wokół gwiazdowym” - tłumaczy dr Joanna Drążkowska.

„My używamy najnowszych osiągnięć z badań teoretycznych sugerujących, że formowanie się planetozymali jest możliwe (poprzez proces, który nazywa się niestabilnością strumieniową) tylko w niektórych miejscach, takich jak linia śniegu” - dodaje badaczka.

Jak wskazuje dr Drążkowska, w tym scenariuszu, wszystkie plantozymale powstają bogate w wodę, ale mała ich część powstaje na tyle szybko, że jest bogata w promieniotwórczy izotop glinu Al-26 o czasie połowicznego rozpadu 700 000 lat, więc krótszym niż czas życia dysku wokółgwiazdowego. Dzięki rozpadowi glinu, część planetozymali traci wodę i staje się zalążkami planet skalistych.

„Jedną z najciekawszych implikacji tej pracy jest to, że inne układy planetarne mogą wyglądać kompletnie inaczej niż Układ Słoneczny (wiemy z badań egzoplanet, że tak jest) tylko dlatego, że miały początkowo inny budżet Al-26, co jest moim zdaniem bardzo naturalnym i eleganckim wytłumaczeniem” - podsumowuje dr Drążkowska. (PAP)

cza/ ekr/