Юпитеру понадобилось неожиданно много времени, чтобы набрать массу, сообщается в статье, опубликованной в журнале Nature Astronomy. Чтобы вырасти в три раза, газовому гиганту понадобилось два миллиона лет. Исследователи объясняют это тем, что планета наращивала массу благодаря столкновениям с «зародышами планет» — планетезималями, в результате чего вырабатывалось большое количество энергии. Это мешало аккреции газа, поэтому рост Юпитера был не таким быстрым.

Согласно классической модели формирования газовых гигантов, крупные небесные тела вроде Юпитера, Сатурна, Урана или Нептуна сначала накапливают массу благодаря слипанию твердых частиц. После того, как планета преодолеет критическую точку, начинается быстрая аккреция газа, который формирует ее внешнюю оболочку. При этом преимущественный размер твердых «частиц» до сих пор оставался неизвестным — это могла быть как небольшая «галька», размеры которой не превышают нескольких десятков сантиметров, так и многокилометровые «зародыши планет», планетезимали.

В прошлом году астрономы представили на конференции в США результаты высокоточных измерений изотопного состава обнаруженных на Земле метеоритов. Выяснилось, что в молодой Солнечной системе существовало два основных «резервуара» небольших каменистых тел, которые оставались разделены с одного до трех миллионов лет с начала ее формирования. Они смогли перемешаться между собой только когда Юпитер стал достаточно массивен, чтобы вытолкнуть материал из внешней части Солнечной системы во внутреннюю. В прошлом эти данные не учитывались при построении моделей роста газового гиганта, в то время как они могли бы пролить свет на многие процессы.

Группа астрономов под руководством Янна Алиберта из Университета Цюриха провела симуляцию роста Юпитера до 50 земных масс. По оценкам исследователей, это критическая масса, необходимая для того, чтобы соединить два «резервуара». Поскольку состав и прозрачность оболочки Юпитера точно неизвестны, ученые строили модель с большим диапазоном допущений (низкая и высокая прозрачность; чистый водород и гелий или наличие примесей в виде тяжелых элементов).

Симуляция показала, к первому миллиону лет с начала формирования Солнечной системы Юпитер должен был набрать массу от 6 до 15 земных. Происходило это благодаря слипанию небольшой космической «гальки», так как скорость аккреции слишком высока для приращивания планетезималей. Затем, в течение двух миллионов лет, газовый гигант продолжил расти благодаря столкновению с «зародышами планет». Так как они были большего размера, энергия и нагрев при столкновении с ними оказывались выше, что мешало молекулам газа оседать на Юпитер. Таким образом, к концу третьего миллиона лет масса крупнейшей планеты Солнечной системы составляла всего 50 земных — намного меньше, чем стоило ожидать.

После этого планета быстро «раздулась» до современных размеров — более 300 земных масс — благодаря ускоренной аккреции газа. Результаты исследования согласуются с прошлыми работами, в которых также говорилось о возможной задержке в росте Юпитера.

Юпитер все еще мало изучен и астрономы продолжают делать открытия (например, недавно исследователи открыли у него 12 новых спутников). Сегодня изучением газового гиганта занимается космический аппарат «Юнона». Недавно он позволил ученым впервые «заглянуть» в недра Юпитера на глубину 3 тысячи километров. Это почти половина радиуса Земли, но лишь половина десятой доли радиуса Юпитера.

Кристина Уласович