Как планеты-гиганты пережили период нестабильности Протосолнца?

Есть многочисленные свидетельства того, что большинство жёлтых звёзд, в том числе Солнце, некогда прошли фазу так называемых фуоров — нестационарных звёзд типа FU Ориона, находящихся на ранней стадии звёздной эволюции. В них ещё не протекают термоядерные реакции, а бóльшая часть их светимости на совести гравитационного сжатия. Периодически их светимость резко возрастает, что приписывают падению частиц вещества протопланетного диска на поверхность звёзд.

Да вот только, согласно всем расчётам, такой процесс должен вести к сильнейшей гравитационной нестабильности в протопланетном диске. В итоге планеты, особенно массивные, вполне могут упасть на звезду или вовсе вылететь из системы. Почему это не произошло в нашей системе, а также во многих других?

При мощных периодических вспышках, возникающих после падения значительной части массы протопланетного диска на молодое Солнце, орбиты протопланет могли заметно измениться. Однако взаимодействие спасло их от падения на звезду. (Илл. NASA.)

Алан Босс (Alan Boss) из Института Карнеги (США) создал высокодетализированную трёхмерную модель прошлого нашей планетарной системы и попробовал понять, почему Юпитер и Сатурн не постигла судьба иных газовых гигантов — то есть постепенный дрейф к Солнцу с последующим падением.

Наука оперирует двумя основными теориями формирования планет-гигантов. Одна полагает, что в начале появляются их скалистые ядра, позднее притягивающие к себе водород из окружающего протопланетного облака. А вторая считает, что гигант образуется за счёт практически одномоментного коллапса газового облака. В модели Алана Босса учтены оба варианта, и, согласно ей, как бы ни формировалась планета, на ранних стадиях развития звезды типа Солнца ей надо суметь сохранить своё положение в планетарной системе. Кроме того, пока сохраняется протопланетный диск, в ней периодически происходят сбросы его массы на протозвезду: астрономы наблюдают подобное со многим молодыми звёздами вроде Солнца. Такие сбросы способны значительно изменить орбиту планет-гигантов.

Если верить модели, чтобы избежать итогового медленного дрейфа к Протосолнцу или даже «эвакуации» из планетарной системы, Юпитеру и Сатурну требовалось многократно гравитационно взаимодействовать друг с другом и гасить таким образом ту нестабильность в своих орбитах, которую вызывали периодические сбросы массы на Протосолнце. «Если газовые гиганты уже сформировались, их весьма сложно разрушить, — замечает г-н Босс. — Даже во время энергичных вспышек молодых звёзд».

Отчёт об исследовании опубликован в Astrophysical Journal, а с его препринтом можно ознакомиться здесь.

Подготовлено по материалам Института Карнеги.