За останні 25 років наука виявила понад 4000 планет поза нашою сонячною системою. Варіюючись від маленьких кам'яних і водних планет до величезних газових гігантів, ці світи представляють дивовижне розмаїття.
Однак це розмаїття не є несподіваним, оскільки комп'ютерні моделі планетарного утворення передбачали його. Наразі залишається невирішеним питання масового розподілу екзопланет, що спостерігається в космосі.
Більшість із цих планет належить до категорії середньої маси, з масою, що приблизно дорівнює масі Нептуна. Навіть утворення Урана і Нептуна в нашій сонячній системі досі залишається загадкою.
Дослідники з університетів Кембриджа і Цюріха, які співпрацюють зі швейцарською NCCR PlanetS, запропонували нове пояснення процесу формування планет, яке було опубліковано в журналі Nature Astronomy.
Професор Лючіо Маєр із Цюріхського університету стверджує, що гравітаційна нестабільність може бути рушійним механізмом у процесі формування планет із протопланетного диска, що складається з газу і пилу. Унаслідок цього процесу пил і газ у диску стискаються під дією сили тяжіння й утворюють щільні спіральні структури, які потім перетворюються на планетарні блоки і, зрештою, на планети.
Однак на коротших відстанях, у масштабі окремих планет, вплив на формування екзопланет мають магнітні поля, що розвиваються разом із планетами. Доктор Хунпін Ден із Кембриджського відділення прикладної математики та теоретичної фізики наголошує, що для отримання повної картини процесу необхідно не тільки враховувати великомасштабну спіральну структуру в диску, а й також ураховувати дрібномасштабні магнітні поля навколо планетних блоків, що зростають.
Через відмінності в природі та масштабі гравітації та магнетизму, існують труднощі при інтеграції цих двох сил в одну модель планетоутворення. Комп'ютерне моделювання, яке добре відображає одну з сил, не поєднується добре з іншою.
Для подолання цієї проблеми команда розробила нову техніку моделювання, яка вимагала глибокого теоретичного перегляду категорій гравітації та магнетизму, а потім знаходження способу для ефективного та неконфліктного обчислення цих протилежних сил.
Нарешті, для опрацювання величезного обсягу обчислень потрібен був потужний комп'ютер - Piz Daint у Швейцарському національному суперкомп'ютерному центрі (CSCS) був використаний.
Використовуючи нову модель, команда змогла показати, що магнітні поля заважають планетам, що ростуть, накопичувати масу понад певну точку. У результаті планети-гіганти стають більш рідкісними, а планети середньої маси - набагато частішими - аналогічно тому, що ми спостерігаємо в реальності.
Ці результати представляють тільки перший крок, але вони ясно показують важливість врахування більшої кількості фізичних процесів при моделюванні формування планет. Вони також допомагають зрозуміти потенційні шляхи утворення планет середньої маси, які дуже поширені в нашій галактиці, і протопланетні диски загалом.
Як зазначає співавтор Равіт Хеллед із Цюріхського університету, це відкриває можливості для подальших досліджень у цій галузі.
