Новое исследование опровергает теорию гигантского удара Юпитера

Фото из открытых источников

Юпитер хранит в себе тайны, которые продолжают озадачивать учёных. У самой большой планеты Солнечной системы есть то, что учёные называют «разреженным ядром» – центральная область, не имеющая чётких границ, как предполагалось ранее. Вместо чёткого каменистого центра, окружённого слоями газа, ядро ​​Юпитера постепенно переходит в богатые водородом слои над ним, образуя плавную переходную зону. 

Эта необычная структура была впервые обнаружена космическим аппаратом НАСА «Юнона», который находится на орбите Юпитера с 2016 года. Это открытие удивило астрономов, которые предполагали, что у планет-гигантов должны быть более чётко выраженные ядра. Загадка стала ещё глубже, когда наблюдения показали, что у Сатурна, по-видимому, схожая структура разреженного ядра.

Одно из популярных объяснений размытого ядра Юпитера связано с катастрофическим столкновением на ранней стадии развития планеты. Учёные предположили, что массивный объект, возможно, содержащий половину вещества ядра Юпитера, врезался в молодую планету с такой силой, что полностью перемешал центральную часть. Столкновение было настолько сильным, что смешало плотные породы и лёд в центре Юпитера с более лёгкими водородом и гелием, окружающими его.

Группа исследователей из Даремского университета решила проверить эту теорию гигантского удара, используя мощное компьютерное моделирование. Работая с учёными из НАСА, SETI и Университета Осло, они использовали суперкомпьютер DiRAC COSMA для моделирования того, что произойдёт при столкновении массивных объектов с планетами размером с Юпитер. Команда провела множество симуляций с использованием передового программного обеспечения, протестировав различные сценарии столкновений, включая чрезвычайно сильные. Они использовали новые методы для более точного моделирования смешивания материалов во время таких катастрофических событий.

Результаты оказались однозначными и неожиданными: ни одно из моделирований не дало стабильного разреженного ядра, подобного тому, что есть у Юпитера. Вместо этого компьютерные модели показали, что после гигантского удара плотный каменистый материал быстро осядет, создав резкую границу между ядром и внешними водородными слоями, что полностью противоположно тому, что наблюдал «Юнона».

«В наших моделях мы видим, что подобное столкновение буквально сотрясает планету до самого её ядра, но это не объясняет то внутреннее строение Юпитера, которое мы видим сегодня», — сказал Томас Сэнднес из Даремского университета.

Исследование, опубликованное в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, предполагает, что разреженное ядро ​​Юпитера сформировалось в ходе гораздо более постепенного процесса. Эта необычная структура, вероятно, возникла не в результате одного драматического столкновения, а в результате медленного поглощения растущей планетой как тяжёлых, так и лёгких материалов в процессе её формирования миллиарды лет назад. Эта теория постепенного формирования подкрепляется тем фактом, что у Сатурна также разреженное ядро. Доктор Луис Теодоро из Университета Осло отметил, что схожая структура Сатурна подтверждает идею о том, что разреженные ядра не являются результатом редких, чрезвычайно высокоэнергетических столкновений, а формируются постепенно в течение длительного процесса роста и эволюции планеты.

Эти открытия имеют значение и за пределами нашей Солнечной системы. Астрономы обнаружили множество планет размером с Юпитер и Сатурн, вращающихся вокруг других звёзд. Если разреженные ядра формируются постепенно, а не в результате редких катастрофических событий, это предполагает, что большинство этих далёких миров могут иметь схожую сложную внутреннюю структуру. Исследование показывает, что, хотя гигантские столкновения, безусловно, сыграли важную роль в формировании планет, они не могут объяснить все наблюдаемые нами особенности. По мере того, как учёные продолжают изучать наше звёздное окружение и тысячи планет за его пределами, такие загадки, как ядро ​​Юпитера, напоминают нам, что Вселенная всё ещё таит в себе множество сюрпризов.