I dolori della crescita di Giove, spiegati

Vista spettacolare di Giove dalla navicella spaziale Juno, acquisita il 1 aprile 2018. Immagine viaNASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS. Gli scienziati cittadini Gerald Eichstädt e Seán Doran hanno creato questa immagine utilizzando i dati dell'imager JunoCam della navicella spaziale.


Giove è talvolta chiamato ilredei pianeti del nostro sistema solare, a causa delle sue enormi dimensioni. Ha circa 300 volte la massa della Terra. Si pensa che Giove sia diventato il pianeta più grande all'inizio della storia del nostro sistema solare. Tuttavia, sono rimaste domande suquanto velocemente(o no) Giove ha continuato a crescere, con prove precedenti che suggeriscono che la crescita di Giove è stata ritardata di circa due milioni di anni. La ragione di questo ritardo era sconosciuta. Ora, gli astrofisici in Svizzera pensano di avere una risposta. Il loro lavoro erapubblicato27 agosto 2018, inpeer-reviewedrivistaAstronomia della natura.

I ricercatori sono affiliati a due organizzazioni,NCCR PlanetSeETH Zurigo. CoautoreJulia Venturinispiegato in adichiarazione:


Noi... mostriamo che Giove è cresciuto in fasi diverse e distinte.

Autore principaleYann Alibertaggiunto:

Particolarmente interessante è che non è lo stesso tipo di corpi che portano massa ed energia [a Giove].

In altre parole, questi scienziati usavano il computermodellazioneper dimostrare che - miliardi di anni fa, all'inizio della storia del nostro sistema solare - Giove ha subito una fase di crescita ritardata come materiale divarie dimensioni e tipi accreditatosu di esso.




Concezione artistica di un Giove molto giovane. Gli scienziati pensano che Giove, la Terra e gli altri pianeti del nostro sistema solare si siano formati da un disco di gas e polvere che circonda il giovane sole. Immagine tramite il Lawrence Livermore National Laboratory.

Si pensa che i pianeti, come la Terra o Giove, crescano per accrescimento dalle nuvole di gas e polvere, onebulose, che circondano le giovani stelle. Cioè, crescono quando piccoli frammenti di materiale nella nuvola si scontrano, si uniscono e diventano sempre più grandi. Una volta che i pianeti stessi diventano abbastanza grandi, iniziano a spazzare via ancora più materiale dalla nebulosa solare, attraverso la forza della loro attrazione gravitazionale.

Quindi cosa è successo durante queste diverse fasi della crescita di Giove? Si pensa che, durante il primo milione di anni circa, Giovenucleo planetarioè stato costruito piuttosto rapidamente da piccoli ciottoli di materiale roccioso della dimensione di un centimetro. Durante i successivi due milioni di anni, ci fu un più lento accrescimento di rocce più grandi e lunghe un chilometro chiamateplanetesimi. Durante questo periodo è stato rilasciato molto calore quando i planetesimi si sono scontrati con il giovane pianeta in crescita. Come spiegato da Alibert:

Durante la prima fase i sassi portavano la massa. Nella seconda fase i planetesimi hanno anche aggiunto un po' di massa, ma ciò che è più importante hanno portato energia.


Giove ha continuato a crescere dopo questo, raggiungendo 50masse terrestridopo circa 3 milioni di anni. Ciò ha portato all'inizio della terza fase, dove fuggiascoconcrezionedi gas ha alimentato la continua crescita di Giove, fino a quando il pianeta ha raggiunto l'incredibile massa di 300 terrestri. Questo è il Giove che conosciamo e amiamo oggi.

Ma perché esattamente c'è stato il periodo di rallentamento della crescita? In primo luogo, i ricercatori hanno scoperto che il periodo in cui Giove era tra 15-50 masse terrestri è durato più a lungo di quanto si pensasse in precedenza. Le collisioni con i planetesimi più grandi sono state abbastanza intense da far riscaldare l'atmosfera a sufficienza da impedire un rapido raffreddamento, contrazione e ulteriore accrescimento di gas. Il processo di crescita è stato quindi ritardato. Come indicato nel nuovo documento:

I ciottoli sono importanti nelle prime fasi per costruire rapidamente un nucleo, ma il calore fornito dai planetesimi è fondamentale per ritardare l'accrescimento del gas in modo che corrisponda alla scala temporale fornita dai dati del meteorite.

Gli scienziati ora pensano di sapere perché la crescita di Giove ha attraversato 3 fasi distinte. Questo diagramma rappresenta le 3 fasi della crescita di Giove, in milioni di anni. Immagine viaAstronomia della natura/ Yann Alibert (Università di Berna) et al.


Di seguito sono riportate in breve le tre fasi della crescita di Giove. Nota che si riferiscono all'immagine sopra:

Fase 1: fino a 1 milione di anni: Giove cresce per accrescimento di ciottoli (punti blu). Grandeprimordialei planetesimi (grandi punti rossi) mostrano elevate velocità di collisione (frecce rosse) che portano a collisioni distruttive (gialli) e producono piccoli planetesimi di seconda generazione (piccoli punti rossi).

Fase 2: 1-3 milioni di anni: l'energia risultante dall'accrescimento di piccoli planetesimi impedisce un rapido accumulo di gas e quindi una rapida crescita (frecce grigie).

Fase 3: oltre 3 milioni di anni: Giove è abbastanza massiccio da accumulare grandi quantità di gas.

Il nuovo scenario di formazione descritto da Alibert e dal team si adatta bene anche ai dati precedenti presi dameteoriti. Sulla base dell'analisi dei meteoriti, gli scienziati avevano concluso che ilnebulosa solarenel primordiale sistema solare primordiale era stato in qualche modo diviso in due diverse regioni nel corso di due milioni di anni. Quando Giove era cresciuto fino a 20-50 masse terrestri, ha agito come una barriera, disturbando il disco di polvere (disco di detriti) che circonda il giovane sole. Questo ha creato unsovradensità– una densità maggiore del normale – all'interno del disco di polvere, intrappolando i ciottoli fuori dalla sua orbita.

Di conseguenza, il materiale proveniente da più lontano non poteva mescolarsi con altro materiale più vicino al sole, almeno non fino a quando Giove non era cresciuto abbastanza da disperdere quei ciottoli verso l'interno con la sua gravità.

Splendida vista ravvicinata dei sistemi nuvolosi su Giove, dall'orbita Perijove 14 di Juno nel luglio 2018.Guarda altre immagini da Perijove 14. Immagine tramite NASA / SwRI / MSSS / Gerald Eichstädt / Seán Doran.

Oltre a Giove, i ricercatori affermano anche che i loro nuovi risultati possono essere utilizzati anche per aiutare a risolvere alcuni enigmi di lunga data sulla formazione di Urano e Nettuno, nonché alcuni similiesopianeti. Questo potrebbe essere particolarmente rilevante per il cosiddettocaldi giove, quali sonopianeti giganti gassosidelle dimensioni di Giove o più grandi che orbitano molto più vicino alle loro stelle – e altri giganti gassosi trovati in altri sistemi solari.

In che modo quei pianeti sono diventati ancora più grandi di Giove e perché molti di loro orbitano così tanto più vicino alle loro stelle (cioè i caldi Giove)? Forse questa nuova ricerca aiuterà a far luce.

In conclusione: gli scienziati hanno scoperto che Giove, il pianeta più grande del nostro sistema solare, ha attraversato 'dolori di crescita' mentre si stava formando, con un periodo di tempo in cui la sua crescita era notevolmente rallentata. Gli scienziati coinvolti nel nuovo studio ora pensano di capire il perché.

Fonte: La formazione di Giove per accrescimento ibrido ciottolo-planetesimo

Via Università di Berna