Deși planetele înconjoară stelele din galaxie, modul în care acestea se formează rămâne un subiect de dezbatere. În ciuda bogăției de lumi din propriul nostru sistem solar, oamenii de știință încă nu sunt siguri de modul în care sunt construite planetele. În prezent, două teorii se duelează pentru rolul de campion.

Prima și cea mai larg acceptată teorie, acreția nucleului, funcționează bine în cazul formării planetelor terestre precum Pământul, dar are probleme cu planetele gigantice. Cea de-a doua, metoda instabilității discului, poate explica crearea acestor planete gigantice.

Cercetătorii continuă să studieze planetele din interiorul și din afara sistemului solar în efortul de a înțelege mai bine care dintre aceste metode este cea mai precisă.

Relaționat: Cât de mare este Pământul?
Relaționat: Care este viteza Pământului în jurul Soarelui?

Modelul de acreție a nucleului

Aproximativ 4,6 miliarde de ani în urmă, sistemul solar era un nor de praf și gaz cunoscut sub numele de nebuloasă solară. Gravitația a prăbușit materialul în el însuși pe măsură ce a început să se rotească, formând soarele în centrul nebuloasei.

Cu creșterea soarelui, materialul rămas a început să se aglomereze. Particulele mici s-au atras împreună, legate de forța gravitațională, în particule mai mari. Vântul solar a măturat elementele mai ușoare, cum ar fi hidrogenul și heliul, din regiunile mai apropiate, lăsând doar materiale grele și stâncoase pentru a crea lumi terestre mai mici precum Pământul. Dar mai departe, vânturile solare au avut un impact mai mic asupra elementelor mai ușoare, permițându-le să se unească în giganți gazoși. În acest fel, au fost creați asteroizi, comete, planete și sateliți.

Nucleul stâncos al Pământului s-a format primul, elementele grele ciocnindu-se și legându-se între ele. Materialul dens s-a scufundat în centru, în timp ce materialul mai ușor a creat crusta. Câmpul magnetic al planetei s-a format probabil în această perioadă. Gravitația a capturat o parte din gazele care au alcătuit atmosfera timpurie a planetei.

La începutul evoluției sale, Pământul a suferit un impact cu un corp mare care a catapultat bucăți din mantaua tinerei planete în spațiu. Gravitația a făcut ca multe dintre aceste bucăți să se adune și să formeze Luna, care a luat o orbită în jurul creatorului său.

Curgerea mantalei sub crustă determină tectonica plăcilor, adică mișcarea plăcilor mari de rocă de la suprafața Pământului. Coliziunile și frecarea au dat naștere munților și vulcanilor, care au început să scuipe gaze în atmosferă.

Deși populația de comete și asteroizi care trec prin sistemul solar intern este rară astăzi, ele erau mai abundente când planetele și soarele erau tinere. Coliziunile acestor corpuri înghețate au depus probabil o mare parte din apa de pe suprafața Pământului. Deoarece planeta se află în zona Goldilocks, regiunea în care apa lichidă nu îngheață și nici nu se evaporă, ci poate rămâne în stare lichidă, apa a rămas la suprafață, ceea ce mulți oameni de știință cred că joacă un rol cheie în dezvoltarea vieții.

Observațiile asupra exoplanetelor par să confirme că acreția nucleului este procesul dominant de formare. Stelele cu mai multe „metale” – un termen pe care astronomii îl folosesc pentru alte elemente decât hidrogenul și heliul – în nucleul lor au mai multe planete gigantice decât verișoarele lor sărace în metale. Potrivit NASA, acreția nucleului sugerează că lumile mici, stâncoase, ar trebui să fie mai frecvente decât giganții gazoși mai masivi.

Descoperirea din 2005 a unei planete gigantice cu un nucleu masiv care orbitează în jurul stelei asemănătoare Soarelui HD 149026 este un exemplu de exoplanetă care a ajutat la întărirea argumentelor privind acreția nucleului.

„Aceasta este o confirmare a teoriei acreției nucleului pentru formarea planetelor și o dovadă că planetele de acest tip ar trebui să existe în abundență”, a declarat Greg Henry într-un comunicat de presă. Henry, astronom la Universitatea de Stat din Tennessee, Nashville, a detectat întunecarea stelei.

În 2017, Agenția Spațială Europeană plănuiește să lanseze satelitul CHEOPS (CHaracterising ExOPlanet Satellite), care va studia exoplanete cu dimensiuni variind de la super-Pământuri până la Neptun. Studierea acestor lumi îndepărtate ar putea ajuta la determinarea modului în care s-au format planetele din sistemul solar.

„În scenariul de acreție a miezului, miezul unei planete trebuie să atingă o masă critică înainte de a fi capabil să acumuleze gaz în mod accelerat”, a declarat echipa CHEOPS.

„Această masă critică depinde de multe variabile fizice, dintre care una dintre cele mai importante este rata de acreție a planetelor.”

Studiind modul în care planetele în creștere acumulează material, CHEOPS va oferi informații despre modul în care cresc lumile.

Modelul instabilității discului

Deși modelul de acreție a nucleului funcționează bine pentru planetele terestre, giganții gazoși ar fi trebuit să evolueze rapid pentru a se agăța de masa semnificativă de gaze mai ușoare pe care o conțin. Dar simulările nu au reușit să explice această formare rapidă. Potrivit modelelor, procesul durează câteva milioane de ani, mai mult decât erau disponibile gazele ușoare în sistemul solar timpuriu. În același timp, modelul de acreție a miezului se confruntă cu o problemă de migrare, deoarece este probabil ca micile planete să intre în spirală în Soare într-un timp scurt.

Potrivit unei teorii relativ noi, cea a instabilității discului, aglomerările de praf și gaz sunt legate între ele la începutul vieții sistemului solar. În timp, aceste aglomerări se compactează încet într-o planetă gigantică. Aceste planete se pot forma mai repede decât rivalele lor de acreție din nucleu, uneori în doar o mie de ani, ceea ce le permite să rețină gazele mai ușoare care dispar rapid. De asemenea, ele ating rapid o masă de stabilizare a orbitei care le împiedică să se îndrepte în marșul morții spre Soare.

Potrivit astronomului exoplanetar Paul Wilson, dacă instabilitatea discului domină formarea planetelor, aceasta ar trebui să producă un număr mare de lumi la ordine mari. Cele patru planete gigantice care orbitează la distanțe semnificative în jurul stelei HD 9799 oferă dovezi observaționale pentru instabilitatea discului. Fomalhaut b, o exoplanetă cu o orbită de 2.000 de ani în jurul stelei sale, ar putea fi, de asemenea, un exemplu de lume formată prin instabilitatea discului, deși planeta ar fi putut fi, de asemenea, expulzată din cauza interacțiunilor cu vecinii săi.

Acreția de grăunțe

Cea mai mare provocare pentru acreția nucleului este timpul – construirea de giganți gazoși masivi suficient de repede pentru a prelua componentele mai ușoare ale atmosferei lor. Cercetări recente privind modul în care obiecte mai mici, de mărimea pietricelelor, au fuzionat împreună pentru a construi planete gigantice de până la 1000 de ori mai repede decât studiile anterioare.

„Acesta este primul model despre care știm că se începe cu o structură destul de simplă pentru nebuloasa solară din care se formează planetele și se ajunge la sistemul de planete gigantice pe care îl vedem”, a declarat pentru Space.com în 2015, autorul principal al studiului, Harold Levison, astronom la Southwest Research Institute (SwRI) din Colorado.

În 2012, cercetătorii Michiel Lambrechts și Anders Johansen de la Universitatea Lund din Suedia au propus că pietricele minuscule, odată anulate, dețineau cheia pentru a construi rapid planete gigantice.

„Ei au arătat că pietricelele rămase în urma acestui proces de formare, despre care anterior se credea că nu sunt importante, ar putea fi, de fapt, o soluție uriașă la problema formării planetelor”, a spus Levison.

Levison și echipa sa s-au bazat pe această cercetare pentru a modela mai precis modul în care pietricelele minuscule ar putea forma planetele observate în galaxia de astăzi. În timp ce în simulările anterioare, atât obiectele mari, cât și cele de dimensiuni medii își consumau verii lor de mărimea pietricelelor la o rată relativ constantă, simulările lui Levison sugerează că obiectele mai mari au acționat mai mult ca niște bătăuși, smulgând pietricele de la masele de dimensiuni medii pentru a crește la o rată mult mai rapidă.

„Obiectele mai mari tind acum să le împrăștie pe cele mai mici mai mult decât cele mai mici le împrăștie înapoi, astfel încât cele mai mici sfârșesc prin a fi împrăștiate în afara discului de pietricele”, a declarat pentru Space.com co-autorul studiului, Katherine Kretke, tot de la SwRI. „Cel mai mare practic îl intimidează pe cel mai mic, astfel încât să poată mânca el însuși toate pietricelele și să poată continua să crească pentru a forma nucleele planetelor gigantice.”

Pe măsură ce oamenii de știință continuă să studieze planetele din interiorul sistemului solar, precum și din jurul altor stele, ei vor înțelege mai bine cum s-au format Pământul și frații săi.

Să o urmăriți pe Nola Taylor Redd pe Twitter @NolaTRedd, Facebook sau Google+. Urmăriți-ne pe @Spacedotcom, Facebook sau Google+.