A ma elfogadott bolygókeletkezési elméletek szerint a Neptunusz és az Uránusz a Naphoz közelebb alakulhatott ki. A csillagászok azonban egy új kutatás során arra a következtetésre jutottak, hogy a jégóriások akár pontosan ott is kialakulhattak, ahol most vannak.

Művészi illusztráció egy fiatal bolygórendszerről. (Forrás: NASA/JPL-Caltech)

A Naprendszer bolygóinak elrendeződéséhez vezető események rekonstruálása félelmetesen nagy feladat. Azok a rendezett mozgások, amelyeket most tapasztalunk, az újszülött protoplanetáris korong hektikus világából alakultak ki, amelyet még heves ütközések és formálódó bolygókezdemények sugárirányú vándorlása jellemzett. A kutatók bolygóról bolygóra igyekeztek megfejteni a talányt. Vajon az Uránusz és a Neptunusz, a Naprendszer két legkülső bolygója hogyan illeszkedik a képbe?

A két jégóriás valószínűleg a Naprendszer legrejtélyesebb bolygója. Naptól való távolságuk (ami a Nap–Föld távolság húsz-, illetve harmincszorosa) és különleges tömegük (amely a gázóriások és a földszerű bolygók közé esik) rendre megcáfolják a modelleket. A kutatók nem tudják biztosan, hogyan és hol alakult ki ez a két bolygó, de egészen mostanáig arra utaltak a jelek, hogy az Uránusz és a Neptunusz nem ott jött létre, ahol most találjuk őket.

Egy nemrég megjelent tanulmány szembeszáll ezekkel az érvekkel, és azt állítja, hogy valójában kialakulhattak a jelenlegi helyükön is. Az érdekes elméletet ismertető cikk, amely alternatívát kínál a migrációs elmélettel szemben, a The Astrophysical Journal című lapban fog megjelenni.

„Nem azt mondom, hogy nem alakulhattak ki beljebb, inkább azt, hogy akár sokkal kijjebb is.” – mondja a kutatócsoport tagja, Ravit Helled (University of Zürich). „Többé nem állíthatjuk, hogy in situ nem formálódhattak ki – mert bizony igen!”

A bolygókeletkezés jelenlegi elmélete szerint a bolygók egy gázból és porszemcsékből álló protoplanetáris korongból jönnek létre. A szemcsék összeütköznek, és nagyobb, 1 centiméteres darabokká állnak össze. Megfelelő feltételek mellett a darabok bolygócsírákká (planetezimálokká) tapadnak össze, amelyek nagyjából 100 kilométeresek. Ezek lesznek végül a bolygómagok.

Ha a magok elég nagy tömegre tettek szert, elkezdhetik begyűjteni a korong gázanyagát. Ebből következik, hogy az óriásbolygóknak néhány millió éven belül ki kellett alakulniuk, mielőtt a gázkorong eloszlott volna. A bolygócsírák növekedése azonban a Naptól távolabb sokkal lassabb volt. Eszerint az elmélet szerint az Uránusznak és a Neptunusznak a jelenlegi helyén nem lett volna ideje növekedni.

Ez a forgatókönyv azonban nem veszi figyelembe a darabok bolygóformálásban játszott szerepét. A darabok a Naprendszer pereméről beljebb sodródhattak, és útközben táplálhatták a kis bolygóembriókat. Ha folyamatos ellátásban részesült, akkor az Uránusz és a Neptunusz magja elég tömeget szedhetett fel még jóval azelőtt, hogy a gázkorong eloszlott volna.

„A bolygóképződési időtartam problémája, amely régóta fennáll, véleményem szerint már nem létezik.” – mondja Helled.

A kutatócsoport 24 forgatókönyv szimulációját futtatta le, egészen a darabok, valamint a hidrogén és a héliumgáz egyetlen hatalmas bolygómagba való felhalmozódásáig. Néhány forgatókönyv képes volt reprodukálni egy óriásbolygó teljes tömegét, valamint a gáznemű burok tömegét.

A szimulációk során az is kiderült, hogy a legtöbb forgatókönyvben legalább az egyik bolygóból hiányzott 3 földtömegnyi nehéz elem. A kutatók szerint a hiányzó tömeget ezek a bolygók egy óriási becsapódás segítségével pótolhatták, hiszen azt rég tudjuk, hogy ezek a becsapódások nagy szerepet játszottak a bolygók formálódásában.

Az új tanulmány külön-külön követi nyomon a két bolygó növekedését. Helled szerint ezen az egyszerűsített megközelítésen mindenképp javítaniuk kell, és meg kell vizsgálniuk a két jégóriás, végül pedig mind a négy óriásbolygó együttes kialakulásának lehetőségeit.

André Izidoro (Rice University) bolygókutató, aki nem vett részt a kutatásban, arra figyelmeztet, hogy a migrációt nehéz kikerülni. „Ahogy a bolygók növekednek, főként amikor 1 földtömegnél vagy marstömegnél nagyobbá válnak, elkezdenek vándorolni.” – mondja.

Valóban, korábbi szimulációk kimutatták, hogy az Uránusz és a Neptunusz kialakulhatott vándorló bolygókezdemények ütközéseiből is. Vajon melyik elmélet a helytálló?

A Voyager-2 űrszonda Uránuszról (balra) és Neptunuszról (jobbra) készített felvételei egymás mellett. (Forrás: NASA/JPL-Caltech)

A vándorlás kémiai nyomainak lekövetése nem könnyű, de a bolygók elrendeződéséből is megtudhatunk valamit. Például a Neptunusz pályáján túli bolygócsírák, amelyeket együttesen Kuiper-övnek nevezünk, bizonyos távolságokban a Naptól csoportosulnak. A kutatók úgy gondolják, hogy ez az elrendeződés részben a Neptunusz vándorlása miatt alakulhatott ki.

Sok kérdés nyitva maradt az Uránusszal és a Neptunusszal kapcsolatban, mert nem állnak rendelkezésre róluk olyan közeli megfigyelések, mint más bolygókról. Nem ismerjük például a gázköpenyük pontos tömegét, pedig az fontos adat a kialakulásukat vizsgáló szimulációk futtatásakor. Bár a NASA korábban már mérlegelte egy jégóriásokat vizsgáló küldetés lehetőségét, még nem állt neki a tervezésnek.

Függetlenül attól, hogy egy ilyen küldetés mire jutna, a jégóriások kialakulására valószínűleg csak az összes folyamatot és forgatókönyvet egyesítve tudunk majd fényt deríteni.

A tanulmány az arXiv.org preprint portálon olvasható.

Forrás: Sky & Telescope