Новое исследование опровергает теорию о формировании ядра Юпитера в результате гигантского столкновения

Столкновение с Юпитером. Автор: Даремский университет

Новое исследование Даремского университета показало, что гигантское столкновение, вероятно, не несет ответственности за формирование загадочного «размытого» ядра Юпитера, что ставит под сомнение одну из теорий о истории планеты.

Юпитер, крупнейшая планета нашей Солнечной системы, хранит загадку в своем сердце. Вопреки прежним ожиданиям ученых, его ядро не имеет четкой границы, а постепенно смешивается с окружающими слоями, состоящими в основном из водорода (структура, известная как размытое ядро).

Вопрос о том, как сформировалось это размытое ядро, остается ключевым для ученых и астрономов с тех пор, как космический аппарат NASA «Юнона» впервые обнаружил его существование.

Предыдущее исследование предполагало, что колоссальное столкновение с ранней планетой, содержащей половину материала ядра Юпитера, могло тщательно перемешать центральную область Юпитера, что достаточно для объяснения современного внутреннего строения планеты.

Используя передовые суперкомпьютерные симуляции планетарных столкновений с новым методом для улучшения обработки смешения материалов, исследователи из Даремского университета в сотрудничестве с учеными из NASA, SETI и CENSSS Университета Осло проверили, могло ли такое массивное столкновение создать размытое ядро Юпитера.

Симуляции проводились на суперкомпьютере DiRAC COSMA в Даремском университете с использованием современного открытого программного обеспечения SWIFT.

Исследование показало, что стабильная структура размытого ядра не была воспроизведена ни в одной из проведенных симуляций, даже в тех, которые включали столкновения в экстремальных условиях.

Вместо этого симуляции демонстрируют, что плотный материал каменного и ледяного ядра, смещенный ударом, быстро осел бы обратно, оставив четкую границу с внешними слоями водорода и гелия, а не формируя плавную переходную зону между двумя областями.

Таким образом, результаты исследования, опубликованные в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, не поддерживают гипотезу о том, что размытое ядро Юпитера было образовано в результате одного драматического столкновения, а вместо этого предполагают, что оно является результатом того, как растущая планета поглощала тяжелые и легкие материалы в процессе своего формирования и эволюции.

«Захватывающе исследовать, как гигантская планета, такая как Юпитер, отреагировала бы на одно из самых violentных событий, которые может пережить растущая планета. Мы видим в наших симуляциях, что такой удар буквально сотрясает планету до самого ядра — просто не так, как нужно, чтобы объяснить внутреннее строение Юпитера, которое мы наблюдаем сегодня», — отметил ведущий автор исследования доктор Томас Санднес из Даремского университета.

Юпитер — не единственная планета с размытым ядром, поскольку ученые недавно обнаружили свидетельства того, что у Сатурна тоже есть такое.

«Тот факт, что у Сатурна также есть размытое ядро, укрепляет идею о том, что эти структуры не являются результатом редких, чрезвычайно высокоэнергетических столкновений, а вместо этого формируются постепенно в ходе длительного процесса планетарного роста и эволюции», — сказал доктор Луис Теодоро из Университета Осло.

Результаты этого исследования также могут помочь ученым в понимании и интерпретации многих экзопланет размером с Юпитер и Сатурн, которые наблюдались вокруг далеких звезд.

Если размытые ядра не создаются редкими и экстремальными столкновениями, то, возможно, большинство или все эти планеты имеют сопоставимо сложное внутреннее строение.

«Гигантские столкновения — ключевая часть истории многих планет, но они не могут объяснить всё! Этот проект также ускорил еще один шаг в нашей разработке новых способов моделирования этих катастрофических событий с еще большей детализацией, помогая нам продолжать сужать круг того, как возникло удивительное разнообразие миров, которые мы видим в Солнечной системе и за ее пределами», — добавил соавтор исследования доктор Джейкоб Кегеррейс.

Больше информации: T. D. Sandnes et al, No dilute core produced in simulations of giant impacts on to Jupiter, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2025). On arXiv DOI: 10.48550/arxiv.2412.06094

Источник: Даремский университет