Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Khi các hệ hành tinh phát triển, các tương tác hấp dẫn giữa các hành tinh có thể ném một số trong số chúng vào các quỹ đạo hình elip lệch tâm xung quanh ngôi sao chủ. Các hành tinh nhỏ hơn sẽ dễ bị ảnh hưởng bởi sự tán xạ hấp dẫn này, tuy nhiên nhiều hành tinh ngoại khí khổng lồ đã được quan sát thấy với quỹ đạo lệch tâm. Trên thực tế, các hành tinh có khối lượng lớn nhất có xu hướng là những hành tinh có quỹ đạo lệch tâm nhất. Một nghiên cứu mới giải thích những quan sát phản trực giác này.
Khi các hệ hành tinh phát triển, các tương tác hấp dẫn giữa các hành tinh có thể ném một số trong số chúng vào các quỹ đạo hình elip lệch tâm xung quanh ngôi sao chủ hoặc thậm chí ra khỏi hệ thống hoàn toàn. Các hành tinh nhỏ hơn nên dễ bị tán xạ hấp dẫn hơn, tuy nhiên nhiều hành tinh khổng lồ khí đã được quan sát thấy với quỹ đạo lệch tâm rất khác so với quỹ đạo gần tròn của các hành tinh trong hệ mặt trời của chúng ta.
Đáng ngạc nhiên, các hành tinh có khối lượng cao nhất có xu hướng là những hành tinh có độ lệch tâm cao nhất mặc dù quán tính của một khối lượng lớn hơn sẽ khiến cho việc di chuyển từ quỹ đạo ban đầu trở nên khó khăn hơn. Quan sát phản trực giác này đã thúc đẩy các nhà thiên văn học tại UC Santa Cruz khám phá sự phát triển của các hệ hành tinh bằng cách sử dụng mô phỏng máy tính. Kết quả của họ được báo cáo trong một bài báo đăng trên Tạp chí Vật lý thiên văn cho thấy vai trò quan trọng đối với giai đoạn tác động khổng lồ trong quá trình phát triển của các hệ hành tinh có khối lượng lớn, dẫn đến sự phát triển va chạm của nhiều hành tinh khổng lồ có quỹ đạo gần.
Một hành tinh khổng lồ không dễ dàng phân tán vào quỹ đạo lệch tâm như một hành tinh nhỏ hơn nhưng nếu có nhiều hành tinh khổng lồ gần ngôi sao chủ thì các tương tác hấp dẫn của chúng có nhiều khả năng phân tán chúng thành các quỹ đạo lệch tâm.
Các nhà thiên văn học đã thực hiện hàng trăm mô phỏng các hệ hành tinh, bắt đầu mỗi hành tinh với 10 hành tinh theo quỹ đạo tròn và thay đổi tổng khối lượng ban đầu của hệ và khối lượng của các hành tinh riêng lẻ. Khi các hệ thống phát triển trong 20 triệu năm mô phỏng, sự mất ổn định động đã dẫn đến va chạm và sáp nhập để hình thành các hành tinh lớn hơn cũng như các tương tác hấp dẫn đẩy một số hành tinh và phân tán các quỹ đạo khác vào quỹ đạo lệch tâm.
Phân tích kết quả của các mô phỏng này một cách tổng thể, các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng các hệ hành tinh có tổng khối lượng ban đầu nhất tạo ra các hành tinh lớn nhất và các hành tinh có độ lệch tâm cao nhất.
Đồng tác giả Ruth Murray-Clay, giáo sư vật lý thiên văn lý thuyết tại Đại học UC Santa Cruz, cho biết giả định duy nhất không chuẩn trong mô hình của họ là có thể có một số hành tinh khí khổng lồ trong phần bên trong của hệ hành tinh. “Nếu bạn đưa ra giả định đó, tất cả các hành vi khác sẽ theo sau”, cô nói.
Theo mô hình cổ điển của sự hình thành hành tinh, dựa trên hệ mặt trời của chúng ta, không có đủ vật chất trong phần bên trong của đĩa hành tinh xung quanh một ngôi sao để tạo ra các hành tinh khí khổng lồ do đó chỉ có các hành tinh đá nhỏ hình thành ở phần bên trong của hệ thống và các hành tinh khổng lồ hình thành xa hơn. Tuy nhiên, các nhà thiên văn học đã phát hiện nhiều người khổng lồ khí quay quanh các ngôi sao chủ của họ. Bởi vì chúng tương đối dễ phát hiện, những “Sao Mộc nóng” này chiếm phần lớn trong những khám phá ngoại hành tinh sớm, nhưng chúng có thể là kết quả không phổ biến của sự hình thành hành tinh.
Đây có thể là một quá trình bất thường. Nhóm nghiên cứu đề xuất rằng điều đó có nhiều khả năng xảy ra khi khối lượng ban đầu trong đĩa cao và các hành tinh khổng lồ có khối lượng lớn được tạo ra trong một giai đoạn của các tác động khổng lồ.
Giai đoạn tác động khổng lồ này tương tự như giai đoạn cuối cùng trong quá trình lắp ráp hệ mặt trời của chúng ta, khi mặt trăng được hình thành sau hậu quả của vụ va chạm giữa Trái đất và hành tinh khác. Do sự thiên vị của hệ mặt trời, chúng ta có xu hướng nghĩ rằng các tác động xảy ra đối với các hành tinh đá và phóng ra như các hành tinh khổng lồ nhưng có rất nhiều kết quả có thể xảy ra trong quá trình tiến hóa của các hệ hành tinh.
Theo các nhà khoa học, sự tăng trưởng va chạm của các hành tinh khổng lồ có khối lượng lớn nên hiệu quả nhất ở các khu vực bên trong, bởi vì các cuộc chạm trán giữa các hành tinh ở các phần bên ngoài của hệ thống có nhiều khả năng dẫn đến xuất tinh hơn là sáp nhập. Sáp nhập sản xuất các hành tinh có khối lượng lớn phải đạt cực đại ở khoảng cách từ ngôi sao chủ của khoảng 3 đơn vị thiên văn (AU, khoảng cách từ Trái đất đến mặt trời), cô nói.
Dự đoán rằng các hành tinh khổng lồ có khối lượng lớn nhất sẽ được tạo ra bởi sự hợp nhất của ‘những người khổng lồ khí’ nhỏ hơn từ 1 đến 8 AU từ các ngôi sao chủ của chúng. Các khảo sát của Exoplanet đã phát hiện ra một số ngoại hành tinh cực lớn, gần gấp 20 lần khối lượng Sao Mộc. Có thể phải mất rất nhiều va chạm để tạo ra chúng, vì vậy thật thú vị khi chúng ta thấy giai đoạn tác động khổng lồ này trong các mô phỏng của chúng ta.
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học California – Santa Cruz . Bản gốc được viết bởi Tim Stephens. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :