Учёные из Даремского университета выяснили, что гигантское столкновение, возможно, не является причиной формирования уникального «разреженного» ядра Юпитера. Это ставит под сомнение одну из теорий об истории планеты.
Юпитер, крупнейшая планета в нашей Солнечной системе, имеет загадку в своём центре. В отличие от того, что учёные ожидали ранее, его ядро не имеет чёткой границы, а постепенно переходит в окружающие слои, преимущественно состоящие из водорода (структура, известная как разрежённое ядро).
Как образовалось это разрежённое ядро, является ключевым вопросом для учёных и астрономов с тех пор, как космический аппарат NASA Juno впервые обнаружил его существование.
Предыдущее исследование предполагало, что колоссальное столкновение с ранней планетой, содержащей половину материала ядра Юпитера, могло бы основательно перемешать центральную область Юпитера. Это могло бы объяснить сегодняшнее внутреннее строение планеты.
Используя передовые суперкомпьютерные симуляции планетарных столкновений и новый метод улучшения моделирования смешивания материалов, исследователи из Даремского университета в сотрудничестве с учёными из NASA, SETI и CENSSS, а также из Университета Осло проверили, могло ли такое массивное столкновение создать разрежённое ядро Юпитера.
Симуляции были проведены на суперкомпьютере DiRAC COSMA, размещённом в Даремском университете, с использованием современного программного обеспечения с открытым исходным кодом SWIFT.
Исследование показало, что стабильная структура разрежённого ядра не была получена ни в одной из проведённых симуляций, даже в тех, которые включали столкновения в экстремальных условиях.
Вместо этого симуляции демонстрируют, что плотный материал ядра из горных пород и льда, вытесненный в результате столкновения, быстро перераспределяется, оставляя чёткую границу с внешними слоями водорода и гелия, а не формируя плавную переходную зону между двумя регионами.
Результаты исследования, опубликованные в «Ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества», не поддерживают гипотезу о том, что разрежённое ядро Юпитера было создано одним драматическим столкновением. Вместо этого они предполагают, что оно является результатом того, как растущая планета поглощала тяжёлые и лёгкие материалы по мере своего формирования и эволюции.
Ведущий автор исследования доктор Томас Санднес из Даремского университета сказал: «Интересно исследовать, как гигантская планета, подобная Юпитеру, отреагирует на одно из самых жестоких событий, которые может испытать растущая планета». «Мы видим в наших симуляциях, что такое столкновение буквально встряхивает планету до её ядра — просто не так, как это необходимо для объяснения внутреннего строения Юпитера, которое мы наблюдаем сегодня».
Юпитер — не единственная планета с разрежённым ядром. Учёные недавно обнаружили доказательства того, что у Сатурна оно тоже есть.
Доктор Луис Теодоро из Университета Осло сказал: «Тот факт, что у Сатурна также есть разрежённое ядро, укрепляет идею о том, что эти структуры не являются результатом редких столкновений с чрезвычайно высокой энергией, а формируются постепенно в течение длительного процесса роста и эволюции планет».
Выводы этого исследования могут помочь учёным лучше понять и интерпретировать многочисленные экзопланеты размером с Юпитер и Сатурн, которые были обнаружены вокруг далёких звёзд. Если разрежённые ядра не образуются в результате редких и экстремальных столкновений, то, возможно, большинство или все эти планеты имеют столь же сложное внутреннее строение.
Соавтор исследования доктор Джейкоб Кегерейс сказал: «Гигантские столкновения являются ключевой частью истории многих планет, но они не могут объяснить всё!» «Этот проект также ускорил наш шаг в разработке новых способов моделирования этих катастрофических событий со всё большей детализацией, помогая нам продолжать сужать круг того, как возникло удивительное разнообразие миров, которые мы видим в Солнечной системе и за её пределами».
Предоставлено Даремским университетом.