Новое исследование: ядро Юпитера не образовалось в результате гигантского столкновения

Столкновение планеты с ядром Юпитера в симуляциях, вызывающее ударные волны и турбулентное перемешивание. Автор: Томас Санднес

Загадка в сердце Юпитера получила новый поворот — новое исследование предполагает, что гигантское столкновение могло не быть ответственным за формирование его ядра.

Ранее считалось, что колоссальное столкновение с ранней планетой, содержащей половину материала ядра Юпитера, могло перемешать центральную область газового гиганта достаточно, чтобы объяснить его современную внутреннюю структуру.

Но новое исследование, опубликованное в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, предполагает, что его строение на самом деле связано с тем, как растущая планета поглощала тяжелые и легкие материалы в процессе формирования и эволюции.

В отличие от того, что ученые когда-то ожидали, ядро крупнейшей планеты нашей Солнечной системы не имеет резкой границы, а постепенно смешивается с окружающими слоями, состоящими в основном из водорода — структура, известная как разбавленное ядро.

То, как сформировалось это разбавленное ядро, было ключевым вопросом среди ученых и астрономов с тех пор, как космический аппарат NASA «Юнона» впервые обнаружил его существование.

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

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

Исследование показало, что стабильная структура разбавленного ядра не была получена 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 оседал бы обратно, оставляя четкую границу с внешними слоями водорода и гелия, а не формируя плавную переходную зону между двумя областями.

Размышляя о результатах, ведущий автор исследования доктор Томас Санднес из Даремского университета сказал:

«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 тем способом, который объяснил бы внутреннее строение Юпитера, которое мы наблюдаем сегодня».

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

Доктор Луис Теодоро из Университета Осло сказал:

«Тот факт, что Сатурн также имеет разбавленное ядро, укрепляет идею о том, что эти структуры не являются результатом редких, чрезвычайно высокоэнергетических столкновений, а вместо этого формируются постепенно в течение длительного процесса планетарного роста и эволюции».

Результаты этого исследования также могут помочь информировать понимание ученых и интерпретацию многих экзопланет размером с Юпитер и Сатурн, которые наблюдались вокруг далеких звезд. Если разбавленные ядра не создаются редкими и экстремальными столкновениями, то, возможно, большинство или все эти планеты имеют сопоставимо сложные внутренние структуры.

Соавтор исследования доктор Джейкоб Кегеррейс сказал:

«Гигантские столкновения являются ключевой частью 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 понимание того, как возникло удивительное разнообразие миров, которые мы видим в Солнечной системе и за ее пределами».