Планетарные системы начинают свой жизненный цикл как большие вращающиеся диски из газа и пыли, которые объединяются в течение нескольких миллионов лет или около того. Большая часть газа аккрецируется в звезду в центре системы, в то время как твердый материал медленно объединяется в астероиды, кометы, планеты и луны.
В нашей Солнечной системе есть два различных типа планет: меньшие твердые внутренние планеты, расположенные ближе всего к Солнцу, и более крупные внешние газовые гиганты, богатые водой и водородом, которые находятся дальше от Солнца. В более раннем исследовании, опубликованном в журнале Nature Astronomy в конце 2021 года, эта дихотомия привела ученых к предположению, что формирование планет в нашей Солнечной системе происходило в двух отдельных кольцах протопланетного диска: во внутреннем, где маленькие каменистые планеты сформировалась и внешняя для более массивных ледяных планет (две из которых — Юпитер и Сатурн — позже превратились в газовых гигантов).
Увы, но существуют планеты, которые полностью рушат подобные теории. Суперземли, как следует из названия, массивнее Земли. У некоторых даже есть водородная атмосфера, из-за чего они кажутся почти газовыми гигантами. Более того, их часто обнаруживают на орбитах вблизи своих звезд, что позволяет предположить, что они мигрировали к своему нынешнему местоположению с более далеких орбит. Но даже с такими допущениями предложенная модель не выдерживала критики. особенно если принимать во внимание популяцию планет такого типа.
Чем больше ученые изучали свои модели, тем более странной история становилась. Подробное изучение этих огромных экзопланет позволило сделать необычное открытие: хотя существует большое разнообразие типов суперземель, все суперземли внутри единая планетная система имеет тенденцию быть похожей с точки зрения расстояния между орбитами, размера, массы и других ключевых характеристик. По сути, у Вселенной есть фабрика планет, которая знает, как делать планеты только одной массы, и она просто выпускает их одну за другой.
Итак, какой единый процесс мог породить каменистые планеты в нашей Солнечной системе, а также однородные системы каменистых суперземель? Оказывается, ответ уже был у ученых еще в 2020 году, но не поняли, как их модель применима к формированию планет в более широком смысле.
В 2020 году астрономы предложили новую теорию образования четырех крупнейших спутников Юпитера (Ио, Европы, Ганимеда и Каллисто). По сути, они продемонстрировали, что для определенного диапазона размеров пылинок сила, тянущая пылинки к Юпитеру, и сила (или увлечение), увлекающая эти пылинки в отходящий поток газа, полностью компенсируют друг друга. Этот баланс сил создал кольцо из материала, которое стало прочными строительными блоками для последующего формирования лун. Кроме того, теория предполагает, что тела будут расти в кольце, пока не станут достаточно большими, чтобы покинуть кольцо из-за миграции, вызванной газом. После этого они перестают расти, что объясняет, почему в процессе образуются тела одинаковых размеров.
В своей новой статье ученые предполагают, что механизм формирования планет вокруг звезд во многом одинаков. В планетарном случае крупномасштабная концентрация твердого каменистого материала происходит в узкой полосе на диске, называемой линией сублимации силиката — области, где пары силиката конденсируются, образуя твердые каменистые гальки.
Новая теория идентифицирует эту полосу как вероятное место для "фабрики планет", которая со временем может произвести несколько каменистых планет одинакового размера. Более того, по мере того, как планеты становятся достаточно массивными, их взаимодействие с диском будет притягивать эти миры внутрь, ближе к звезде.
Ранее предполагалось, что твердое вещество рассеяно по протопланетным дискам. Отбросив это предположение и вместо этого предполагая, что первые твердые тела формируются в виде колец, новая теория может объяснить различные типы планетарных систем с помощью единой структуры.
Если каменистое кольцо содержит много массы, планеты растут до тех пор, пока не мигрируют прочь от кольца, в результате чего образуется система подобных суперземель. Если кольцо имеет небольшую массу, оно образует систему, которая больше похожа на планеты земной группы нашей Солнечной системы.
