Вчені показали, що протопланетний диск, який розсіюється зсередини, пояснює зміну орбіт планет-гігантів у молодій Сонячній системі. Нова модель працює точніше, якщо припустити, що спочатку гігантів було лише чотири (і всі залишилися в системі), а не п’ять, як вважають деякі вчені. І тоді гіпотетична Дев’ята планета не може бути гігантом, що відлетів.
Згідно з найпопулярнішою гіпотезою про розподіл планет в нашій системі, планети-гіганти сформувалися ближче до Сонця, а потім відлетіли на свої нинішні орбіти. У новому дослідженні, опублікованому в Nature, міжнародна команда астрономів припустила, що цей процес міг початися набагато раніше.
Зірки народжуються в щільних хмарах газу і пилу. З решти матерії навколо молодої зірки формується величезний обертовий диск, а з диска-планети. Розподіл пилу та газу в цьому протопланетному диску впливає на склад та еволюцію планет.
Припущення про формування планет-гігантів поблизу Сонця виникло в кінці минулого століття. Відповісти на питання, як це могло статися, вдалося в 2005 році. Тоді в журналі Nature вийшли три статті з описом сценарію міграції гігантів, причиною якої були хаотичні гравітаційні взаємодії планет. Міжнародній команді вчених вдалося пояснити утворення хмари Оорта, троянські астероїди гігантів, пізнє важке бомбардування та інші особливості нашої системи. Гіпотезу назвали моделлю Ніцци – на честь французького міста, в якому група астрономів колись почала обговорення цього сценарію.
До цього дня модель Ніцци вважається найімовірнішим сценарієм еволюції Сонячної системи, але вчені продовжують дискутувати про причини гравітаційної нестабільності. Спершу передбачалося, що міграція гігантів відбулася через сотні мільйонів років після розсіювання протопланетного диска. Але результати нових досліджень — у тому числі місячного реголіту — вказують на те, що це повинно було відбутися раніше.
«Ми зацікавилися, чи дійсно модель Ніцци необхідна для пояснення Сонячної системи — розповідає Шон Реймонд (Sean Raymond) з Університету Бордо. – І придумали, що гігантські планети могли розлетітися через ефект “віддачі” від протопланетного диска. Можливо, періоду нестабільності і не було».
Виявилося, що розсіювання диска зсередини назовні дійсно могло спровокувати нестабільність моделі. В результаті команда не спростувала, а зміцнила популярну гіпотезу.
У новому сценарії планети – гіганти, як і раніше, формуються поблизу центру. Розігрівшись, Сонце починає “здувати” протопланетний диск все далі до околиць системи. Як показала комп’ютерна модель, рух межі розростаючої “діри” провокує нестабільність орбіт гігантів, і вони відлітають на далекі орбіти. На відміну від класичної моделі Ніцци, все це повинно було відбутися в перші 10 мільйонів років еволюції системи.
Також новий сценарій пояснює перемішування матерії внутрішніх і зовнішніх регіонів диска. Геохімія Землі передбачає, що це повинно було відбутися ще на етапі формування нашої планети.
Залишається відкритим питання про кількість планет в молодій Сонячній системі. Оригінальна модель Ніцци краще працює з п’ятьма гігантами: в період нестабільності один з гігантів вилітає з центру і цим рухом допомагає залишилися чотирьом (Юпітеру, Сатурну, Урану і Нептуну) знайти свої орбіти, а сам вилітає з системи або залишається гіпотетичною (поки не знайденою) Дев’ятою планетою. У 2015 році вчені з Калтеха представили непрямі ознаки існування масивного тіла у віддалених регіонах системи. Побачити його безпосередньо не вдавалося, але з’являлися все нові дослідження — як підкріплюють, так і критикують гіпотезу про Дев’яту планету.
Питання про її існування залишається спірним, тому в новій роботі вчені не акцентують на ньому увагу. Проте вони провели розрахунки як для чотирьох, так і для п’яти гігантів у молодій системі. Незалежно від початкової кількості нова модель теж залишає систему з чотирма планетами-гігантами. «Але якщо починати з чотирьох, то фінальні орбіти точніше збігаються з реальними», — коментує співавтор дослідження Сет Джейкобсон (Seth Jacobson) з Мічиганського університету. Виходить, з новим сценарієм падає ймовірність того, що Дев’ята планета — це п’ятий гігант, який відлетів.
На щастя, незабаром проблема існування Дев’ятої планети повинна вирішитися. Наприкінці 2023 року розпочне роботу потужна обсерваторія імені Віри Рубін. Якщо планета існує, новий телескоп повинен її розгледіти.