Jak 9. planeta to i 10. Jeśli powstała jedna to i kolejna mogła

Ewolucja układów planetarnych to ta cześć astronomii, która znacząco zyskała na rozwoju komputerów (dziś napędzanym przez AI), a nie tylko na odkryciu pierwszych pozasłonecznych układów planetarnych. Te możemy bowiem odkrywać masowo, obecnie potwierdzono już co ponad 5800 takich ciał niebieskich (w 2010 roku było to 10 razy mniej obiektów), ale na nic nam odkrycia, jeśli nie dopasujemy do nich odpowiedniej teorii ich powstawania z dysku protoplanetarnego. Tu właśnie wkraczają komputery, te najszybsze, na których uruchamiane są modele ewolucyjne, niemożliwe do przeliczenia jeszcze na początku tego stulecia.

Dziewiąta, czy też dziesiąta planeta - to nie takie proste

Co jednak ma z tym wspólnego dziewiąta planeta w Układzie Słonecznym? Na pozór niewiele, ale im lepiej będziemy rozumieli procesy ewolucyjne dla układów planetarnych, tym łatwiej będzie nam wskazać, gdzie takiej planety szukać. To zresztą już zostało poczynione, a najsilniejszy dowód na istnienie dziewiątej planety w Układzie Słonecznym poznaliśmy wiosną tego roku. Dowód wciąż teoretyczny, choć bazujący na obserwacjach. Ogromne możliwości sprzętowe, jakimi będą niedługo dysponowali astronomowie (mowa o erze superteleskopów z wielokrotnie większymi niż obecnie zwierciadłami), mogą przynieść jej odkrycie już w niedalekiej przyszłości.

Zagadnienie poszukiwania dziewiątej planety Układu Słonecznego jest problemem nie tylko obserwacyjnym, ale też kwestią nazewnictwa i definicji. Nie tak dawno przecież Pluton był pełnoprawną planetą, teraz jest tylko planetą karłowatą. Można się też zastanawiać, czy Merkury, a nawet Mars zasługują na miano planety. Wiele zależy od przyjętej definicji, ale też tego jak traktować historię Układu Słonecznego, gdyż są teorie zakładające istnienie większej liczby gazowych planet w przeszłości. Być może poszukujemy nie dziewiątej, a właściwie dziesiątej planety patrząc się na ich liczbę z dawnej perspektywy.

Wizualizacja układu TRAPPIST-1 z wieloma planetami. (fot: NASA/JPL-Caltech)

Okazać się może, że odkryjemy nie tylko dziewiątą, ale i kolejną planetę Układu Słonecznego. Być może dziesiąta planeta nie będzie taka jak dziewiąta, ale jej powstanie nie musi nie mieć sensu. Nadzieję dają tu obserwacje układu PDS70, w którym zauważono, że planety mogą powstawać sekwencyjnie (co astronomowie sugerowali już wiele lat temu), a uformowanie się jednej przyczynić się może do uformowania kolejnej.

Układ PDS70 - są tam planety, a także zalążki planet

PDS70 to odległy o 370 lat świetlnych od Słońca układ z bardzo młodą gwiazdą, na etapie T Tauri, czyli podlegającej zapadaniu się, jeszcze przed rozpoczęciem spalania paliwa wodorowego w jej wnętrzu. Choć jest on bardzo młody i mniej masywny niż nasz układ (gwiazda ma 0,74 masy Słońca), w dysku protoplanetarnym powstały już dwie planety, które dzięki obserwacjom radioteleskopowym (sieć ALMA w Chile) udało się bezpośrednio zaobserwować. W 2019 r. dokonano także odkrycia dysku wokół jednej z planet (PDS70c), co może świadczyć o powstawaniu tam księżyca.

Układ PDS70 widziany przez radioteleskop. (fot: ESO/ALMA)

Dzięki obserwacjom teleskopu Webba, udało się wykryć obecność wody w odległościach od gwiazdy, gdzie powinny powstawać planety typu ziemskiego. Nie mniej ciekawe wyniki płyną jednak ze wspomnianej sieci ALMA, która zdolna była pokazać nie tylko planety, ale też koncentrację materii w dysku poza orbitami tych planet. Ta koncentracja, widoczna na długości fal 3 mm (na długości 0,87 mm dysk wydaje się jednolity), może być zalążkiem nowej planety, która właśnie się formuje.

Obejrzyj w

Planety powstające jedna po drugiej

Taka sugestia płynie z analizy obserwacji, które zespół astronomów kierowany przez doktoranta Kiyoaki Doi z Narodowego Obserwatorium Astronomicznego Japonii, interpretuje jako sekwencyjne powstawanie planet. Mówiąc inaczej, dwie już istniejące planety oddziałują na materię w znajdującym się na zewnątrz dysku, wymuszając jej gromadzenie się, co prowadzi do powstania kolejnej planety.

Ten proces może się powtórzyć, gdy formująca się dopiero co planeta zyska formę bliską ostatecznej, i może powtarzać się ponownie. Trudno powiedzieć, czy tak samo miałoby się stać w przypadku bardzo odległych od macierzystej gwiazdy planet, tak jak w przypadku dziewiątej i ewentualnie dziesiątej planety Układu Słonecznego, bo też budowa tych planet nie musi przypominać budowy planet, które znamy, ale można taką możliwość rozważyć. Czas jest tu bardzo pomocny - powstawanie planet to proces trwający dziesiątki milionów lat, a ich ostateczne ukształtowanie w przypadku Układu Słonecznego dokonało się w ciągu 600 milionów lat. To prawie 8 razy krócej niż czas jaki upłynął od powstania Słońca.

Dysk protoplanetarny wokół gwiazdy PDS70, na czerwono obserwacje z sieci radioteleskopów ALMA. Po lewej w długości 0,87 mm, a po prawej w długości 3 mm z widocznym zagęszczeniem materii. (fot: ALMA)

W przypadku powstającej w układzie PDS70 planety, może to być proces, który zakończy się uformowaniem gazowego giganta. Obserwacje wskazują, że część dysku w odległości, gdzie ta planeta się formuje ma masę 28 mas Ziemi, a zagęszczenie ten materii odpowiada skupisku masy około 9,3 masy Ziemi. Pozostaje pytanie jak dużo planet może istnieć w układach planetarnych? Nie ma tu ściśle narzuconego ograniczenia, ale logicznym wydaje się założenie, że w pewnym momencie procesy powstawania kolejnych planet przestaną być efektywne.

Źródło: phys.org, inf. własna