Bumi tidak ‘super’ karena matahari berdering sebelum planet-planet

Sebelum tata surya memiliki planet, matahari memiliki cincin – pita debu dan gas yang mirip dengan cincin Saturnus – yang kemungkinan memainkan peran dalam pembentukan Bumi, menurut sebuah studi baru.

Astrofisikawan Rice University Andre Isidoro mengatakan, mengacu pada planet berbatu besar di mana setidaknya 30% dari bintang mirip matahari terlihat di galaksi kita.

Isidoro dan rekannya menggunakan superkomputer untuk mensimulasikan pembentukan tata surya ratusan kali. Model mereka, dijelaskan dalam sebuah penelitian yang diterbitkan online di jurnal Nature Astronomy, menghasilkan cincin seperti yang terlihat di sekitar banyak bintang muda yang jauh. Itu juga mereproduksi banyak fitur tata surya yang terlewatkan oleh banyak model sebelumnya, termasuk:

Sabuk asteroid antara Mars dan Jupiter berisi benda-benda dari tata surya bagian dalam dan luar.

– Lokasi dan orbit Bumi, Mars, Venus, dan Merkurius yang stabil dan berbentuk setengah lingkaran.

Massa planet dalam, termasuk Mars, yang dinilai terlalu tinggi oleh banyak model tata surya.

Pemisahan antara komposisi kimia benda-benda di tata surya bagian dalam dan luar.

Wilayah sabuk Kuiper komet, asteroid, dan benda-benda kecil di luar orbit Neptunus.

Studi yang dipimpin oleh astronom, astrofisikawan, dan ilmuwan planet dari Rice, Purdue University, Southwest Research Institute di Boulder, Colorado, dan Max Planck Institute for Astronomy di Heidelberg, Jerman, didasarkan pada penelitian astronomi terbaru tentang sistem bintang bayi.

Model mereka mengasumsikan bahwa tiga pita tekanan tinggi berasal dari piringan gas dan debu matahari muda. “Tekanan gundukan” seperti itu telah diamati pada cakram toroidal bintang di sekitar bintang yang jauh, dan penelitian ini menjelaskan bagaimana tonjolan dan cincin tekanan dapat menjelaskan struktur tata surya, kata penulis utama Isidoro, peneliti pascadoktoral Rice yang memegang gelar Ph.D. Magang di Universitas Negeri Sao Paulo di Brasil.

“Jika super-Bumi begitu umum, mengapa kita tidak memilikinya di tata surya?” kata Isidoro. “Kami menyarankan bahwa gundukan tekanan menghasilkan reservoir terpisah dari bahan cakram di tata surya bagian dalam dan luar dan mengatur jumlah bahan yang tersedia untuk pengembangan planet di tata surya bagian dalam.”

Ilustrasi tiga cincin pembentuk planet berbeda yang bisa menghasilkan planet dan sifat lain Tata Surya, menurut model komputasi dari Rice University. Penguapan silikat padat, air, dan karbon monoksida di “garis sublimasi” (atas) menyebabkan “benjolan tekanan” di piringan protoplanet Matahari, menjebak debu di tiga cincin berbeda. Saat matahari mendingin, tonjolan tekanan bergerak ke arah matahari yang memungkinkan debu yang terperangkap menumpuk di planet seukuran asteroid. Komposisi kimia benda cincin dalam (NC) berbeda dengan komposisi benda cincin tengah dan luar (CC). Planet-planet kecil dengan cincin bagian dalam menghasilkan planet-planet bagian dalam Tata Surya (bawah), dan planet-planet kecil dari cincin tengah dan luar menghasilkan planet-planet luar Tata Surya dan Sabuk Kuiper (tidak ditampilkan). Sabuk asteroid (tengah atas) terdiri dari objek NC yang disumbangkan oleh cincin bagian dalam (panah merah) dan objek CC dari cincin tengah (panah putih). Kredit Rajdeep Dasgupta

benjolan tekanan

Selama beberapa dekade, para ilmuwan percaya bahwa gas dan debu di piringan protoplanet secara bertahap menjadi kurang padat, dan menurun dengan mulus sebagai fungsi jarak dari bintang. Tetapi simulasi komputer menunjukkan bahwa planet-planet tidak mungkin terbentuk dalam skenario cakram halus.

“Dalam cakram halus, semua partikel padat – butiran debu atau batu – harus ditarik ke dalam dengan sangat cepat dan hilang di bintang,” kata astronom dan rekan penulis studi Andrea Isela, profesor fisika dan astronomi di Rice. “Seseorang membutuhkan sesuatu untuk menghentikan mereka untuk memberi mereka waktu untuk tumbuh menjadi planet.”

Ketika partikel bergerak lebih cepat daripada gas di sekitar mereka, Isidoro menjelaskan, mereka “merasakan angin sakal dan melayang sangat cepat menuju bintang.” Pada gundukan tekanan, tekanan gas meningkat, molekul gas bergerak lebih cepat dan partikel padat berhenti merasakan angin sakal. “Inilah yang memungkinkan partikel debu menumpuk di gundukan tekanan,” katanya.

Isela mengatakan para astronom telah mengamati tonjolan tekanan dan cincin cakram protoplanet menggunakan Atacama Large Millimeter/Sub-millimeter Array, atau ALMA, teleskop radio 66 piringan besar yang ditugaskan di Chili pada 2013.

“ALMA mampu mengambil gambar yang sangat tajam dari sistem planet modern yang masih terbentuk, dan kami menemukan bahwa banyak dari piringan protoplanet dalam sistem ini memiliki cincin,” kata Isela. “Efek dari tonjolan tekanan adalah mengumpulkan partikel debu, itulah sebabnya kami melihat cincin. Cincin ini adalah area di mana ada lebih banyak partikel debu daripada celah di antara cincin.”

formasi cincin

Model Isidoro dan rekannya berhipotesis bahwa lubang tekanan yang terbentuk di awal tata surya di tiga tempat di mana partikel yang jatuh ke arah matahari akan melepaskan sejumlah besar gas yang menguap.

“Ini hanya fungsi jarak dari bintang, karena suhu naik semakin dekat Anda ke bintang,” kata ahli geokimia dan rekan penulis studi Rajdeep Dasgupta, Profesor Ilmu Sistem Bumi Maurice Ewing di Rice. “Titik di mana suhu cukup tinggi untuk es menguap, misalnya, adalah garis sublimasi yang kita sebut garis salju.”

Dalam simulasi Rice, tonjolan tekanan pada garis sublimasi silikat, air, dan karbon monoksida menghasilkan tiga cincin yang berbeda. Pada garis silikat, komponen utama pasir dan kaca, silikon dioksida, menjadi uap. Ini menghasilkan cincin terdekat dengan Matahari, di mana Merkurius, Venus, Bumi, dan Mars kemudian terbentuk. Cincin tengah muncul di garis salju dan cincin terluar di garis karbon monoksida.

Cincin kelahiran planet dan planet

Cakram protoplanet mendingin seiring bertambahnya usia, sehingga garis sublimasi telah bergerak ke arah Matahari. Studi menunjukkan bahwa proses ini memungkinkan debu menumpuk di objek seukuran asteroid yang disebut planet, yang kemudian dapat bergabung membentuk planet. Studi sebelumnya mengasumsikan bahwa planet kecil dapat terbentuk jika debu cukup terkonsentrasi, kata Isidoro, tetapi tidak ada model yang memberikan penjelasan teoretis yang meyakinkan tentang bagaimana debu terakumulasi.

“Model kami menunjukkan bahwa gundukan tekanan dapat memusatkan debu, dan gundukan tekanan yang bergerak dapat bertindak sebagai pabrik planet,” kata Isidoro. “Kami mensimulasikan pembentukan planet yang dimulai dengan butiran debu dan menutupi banyak fase berbeda, dari butiran berukuran milimeter hingga planet kecil dan kemudian planet.”

Perhitungan tanda kimia kosmik, massa Mars, dan sabuk asteroid

Beberapa simulasi tata surya sebelumnya telah menghasilkan versi Mars 10 kali massa Bumi. Isidoro mengatakan model itu dengan tepat memprediksi bahwa Mars mengandung sekitar 10% massa Bumi karena “Mars lahir di wilayah piringan bermassa rendah.”

Model ini juga menawarkan penjelasan yang meyakinkan untuk dua misteri kosmologis tata surya: perbedaan luar biasa antara komposisi kimia badan tata surya bagian dalam dan luar, dan keberadaan masing-masing benda ini di sabuk asteroid antara Mars dan Jupiter, Dasgupta dikatakan.

Simulasi Izidoro menunjukkan bahwa cincin tengah dapat menjelaskan pembelahan kimia dengan mencegah substansi sistem luar memasuki sistem dalam. Simulasi juga menghasilkan sabuk asteroid pada posisi yang benar, dan menunjukkan bahwa sabuk itu diisi dengan benda-benda dari daerah dalam dan luar.

“Jenis meteorit paling umum yang kita dapatkan dari sabuk asteroid mirip dengan isotop Mars,” kata Dasgupta. “Andre menjelaskan mengapa Mars dan meteorit biasa ini harus memiliki komposisi yang sama. Dia memberikan jawaban yang akurat untuk pertanyaan ini.”

tekanan dan waktu getaran tanah super

Isidoro mengatakan bahwa keterlambatan munculnya cincin pusat matahari dalam beberapa simulasi menyebabkan pembentukan super-Bumi, yang menunjukkan pentingnya waktu kompresi.

“Pada saat benjolan tekanan terbentuk dalam kasus-kasus itu, sebagian besar massa telah menyerbu sistem dalam dan tersedia untuk membuat Bumi super,” katanya. “Jadi waktu pembentukan tekanan rata-rata ini mungkin merupakan aspek kunci dari tata surya.”

Isidoro adalah peneliti pascadoktoral di Departemen Ilmu Bumi, Lingkungan, dan Planet di Rice. Rekan penulis lainnya termasuk Sean Raymond dari Purdue University, Rogerio Deino dari Southwest Research Institute, dan Bertram Beech dari Max Planck Institute for Astronomy. Penelitian ini didukung oleh NASA (80NSSC18K0828, 80NSSC21K0387), Dewan Riset Eropa (757448-PAMDORA), Badan Federal Brasil untuk Dukungan dan Evaluasi Pendidikan Tinggi (88887.310463/2018-00), Yayasan Welch (C-2035) dan Program Sains Planet Nasional dari Pusat Penelitian Ilmiah Nasional Prancis.

Cincin planet adalah alasan di balik arsitektur planet tata surya, sifat astronomi

Silakan ikuti SpaceRef di Indonesia Seperti kami di Situs jejaring sosial Facebook.