Wetenschappers zeggen vaak dat alles kan gebeuren in een oneindig groot universum. Waarnemingen, berekeningen en simulaties tonen echter aan dat planeten in sterrenstelsels altijd rond een ster draaien in hetzelfde vlak en in dezelfde richting. We ontdekken waarom dit gebeurt.
Er heerst orde in het zonnestelsel: vier binnenplaneten, een asteroïdengordel en vier gasreuzen draaien rond de zon in hetzelfde vlak. En zelfs als je deze grenzen overschrijdt, blijkt dat de Kuipergordel ook in dit vlak zit. Aangezien de zon een bolvorm heeft en er sterren in de ruimte verschijnen, waar de planeten omheen draaien, lijkt het feit dat alles in ons systeem op deze manier is gerangschikt te veel toeval. Bovendien hebben we gezien dat in bijna elk sterrenstelsel de planeten op dezelfde manier op één lijn liggen. Laten we proberen erachter te komen waarmee dit verband houdt.
Tot op heden hebben wetenschappers de banen van de planeten met verbazingwekkende nauwkeurigheid berekend. Ze ontdekten dat hemellichamen rond de zon draaien in hetzelfde tweedimensionale vlak met een verschil van niet meer dan 7 °.
Bovendien, als we Mercurius, de planeet die het dichtst bij de zon staat, uit deze vergelijking verwijderen, wordt het merkbaar hoe waar al het andere in verhouding tot elkaar is geordend: afwijkingen van het onveranderlijke vlak van het zonnestelsel zijn niet meer dan twee graden.
De acht planeten van het zonnestelsel draaien rond de zon in een bijna identiek vlak - een onveranderlijk vlak. Dit is typerend voor beroemde sterrenstelsels / Joseph Boyle.
Bovendien draaien de planeten rond de zon in dezelfde richting waarin hij om zijn as draait. Zoals je misschien al geraden hebt, is de rotatieas van de zon ook binnen 7 ° afwijkend in vergelijking met de banen van alle planeten in het systeem.
Desalniettemin is het moeilijk voor te stellen dat alles vanzelf zo is verlopen, en niet iemand van buitenaf heeft alle lichamen in één systeem geperst en ze in één vlak laten bewegen. Intuïtief zou men kunnen aannemen dat de banen willekeurig moeten worden georiënteerd, aangezien de zwaartekracht hetzelfde werkt in alle drie de (ruimtelijke) dimensies. Het is ook waarschijnlijker dat het de vorming van een zwerm stukjes materie aanneemt dan een geordende reeks ideale cirkels. Feit is dat als je heel ver van de zon verwijderd bent - verder dan planeten en asteroïden, verder van de komeet van Halley en dergelijke, zelfs voorbij de Kuipergordel - dit precies is wat je zult zien.
Dus waarom kwamen de planeten in dezelfde schijf terecht? Waarom bevinden ze zich allemaal in hetzelfde vlak en vliegen ze niet willekeurig rond de ster? Om dit te begrijpen, moet je teruggaan naar de tijd dat de zon zich net begon te vormen uit een van de moleculaire gaswolken waaruit alle sterren in het universum zijn gevormd.
Promotie video:
Een grote moleculaire wolk, die overvloedig aanwezig is in de Melkweg en andere sterrenstelsels van de lokale groep, zal na verloop van tijd vaak scheuren, instorten en nieuwe, zware sterren creëren / Yuri Beletsky / Las Campanas Observatory / Carnegie Institution for Science / J. Alves / M. Lombardi / CJ Lada.
Wanneer een moleculaire wolk massief genoeg wordt, door zwaartekracht gebonden en koud genoeg om in te storten en in te storten onder zijn eigen zwaartekracht - zoals de Buisnevel (linksboven) - vormt hij voldoende dichte gebieden waarin nieuwe sterclusters verschijnen (aangegeven door de cirkels in de afbeelding, in de rechterbovenhoek).
U zult onmiddellijk opmerken dat deze nevel, zoals elke soortgelijke, geen ideale bolvorm heeft, hij is nogal ongebruikelijk langwerpig. De zwaartekracht tolereert geen onvolkomenheden, en vanwege het feit dat dit een traagheidskracht is die verviervoudigt met elke afname van de afstand tot een massief object met de helft, neemt het zelfs kleine verschillen in de oorspronkelijke vorm waar en verbetert deze in korte tijd aanzienlijk.
Het resultaat is een stervormende nevel met een asymmetrische vorm: sterren erin worden gevormd in gebieden met de hoogste gasdichtheid. Maar als we erin kijken en naar individuele sterren kijken, zullen we zien dat het bijna ideale bollen zijn - zoals de zon.
Omdat de nevel zelf echter asymmetrisch werd, werden de individuele sterren die erin gevormd waren gevormd uit superdense asymmetrische klonten. Deze klonten storten in een van de drie dimensies in elkaar, en aangezien de substantie waaruit we zijn samengesteld, atomen, atoomkernen en elektronen, tot zichzelf wordt aangetrokken en interageert wanneer ze botsen met een andere substantie, is het resultaat een langwerpige schijf van materie. Ja, de zwaartekracht zal het meeste naar het midden van de schijf trekken waar de ster zich zal vormen, maar wat wetenschappers een protoplanetaire schijf noemen, zal zich eromheen vormen. En dankzij de Hubble-ruimtetelescoop konden we deze schijven rechtstreeks zien.
Dit is de eerste soort hint die aangeeft dat het eindresultaat iets is dat in één vlak is geordend. Om naar de volgende stap te gaan, zullen we naar simulaties moeten kijken, aangezien we niet lang genoeg bestaan en simpelweg geen tijd hebben gehad om dit fenomeen - en het duurt ongeveer een miljoen jaar - te observeren in een jong sterrenstelsel.
Nadat de protoplanetaire schijf in één dimensie is "afgevlakt", zal hij blijven krimpen en steeds meer materie het centrum binnendringen. Maar ondanks het feit dat het meeste materiaal erin geconcentreerd zal zijn, zal een groot deel van het gas en stof vrijkomen in stabiele roterende banen in deze schijf.
Volgens simulaties krimpen asymmetrische klonten materie eerst tot één dimensie en beginnen dan te roteren. Het is in dit vlak dat de planeten worden gevormd / C. Burrows / J. Krist / K. Stabelfeldt / NASA.
Waarom? Er is een fysieke grootheid die moet worden behouden: impulsmoment, dat ons vertelt hoeveel het hele systeem roteert - gas, stof, een ster en al het andere. De manier waarop het impulsmoment werkt en hoe het gelijkmatig is verdeeld over alle deeltjes in het systeem, geeft in feite aan dat alles op de schijf grofweg in één richting moet bewegen - met de klok mee of tegen de klok in. Na verloop van tijd zal deze schijf een stabiele grootte en dichtheid bereiken, en dan zullen kleine zwaartekrachtinstabiliteiten deze instabiliteiten in planeten veranderen.
Natuurlijk zijn er kleine verschillen tussen de delen van de schijf, evenals kleine verschillen in de beginvoorwaarden. Een stervorming in het midden is geen enkel punt, maar eerder een uitgestrekt object - ongeveer een miljoen kilometer in diameter. Als je al deze onderdelen bij elkaar optelt, krijg je geen ideaal vliegtuig, maar er komt iets heel dichtbij uit. In feite hebben we onlangs het eerste planetaire systeem buiten de zon gevonden, waarin we de vorming van jonge planeten in hetzelfde vlak konden observeren.
Een protoplanetaire schijf rond de jonge ster HL Taurus. Openingen in de schijf duiden op de aanwezigheid van nieuwe planeten / ALMA / ESO / NAOJ / NRAO.
De jonge ster HL Taurus, gelegen op ongeveer 450 lichtjaar van de aarde, is omgeven door een protoplanetaire schijf. De ster zelf is naar schatting ongeveer een miljoen jaar oud. Het is duidelijk dat dit een schijf is, waarin alles zich in hetzelfde vlak bevindt, maar er zitten donkere "breuken" in. Elk van deze breuken komt overeen met een jonge planeet die alle materie in zijn omgeving heeft aangetrokken. Het is nog niet bekend welke van hen zich uiteindelijk zullen verenigen, die uit de schijf zullen worden geworpen en die erin zullen bewegen en worden opgenomen door de moederster. Ondertussen hadden we de gelegenheid om een keerpunt te zien in de ontwikkeling van een jong stellair systeem. En hoewel eerdere wetenschappers jonge planeten konden observeren, was het niet mogelijk om dit stadium te bestuderen. Alle stadia van de vorming van een sterrenstelsel zijn verbazingwekkend en komen overeen met hetzelfde verhaal.
Maar waarom bevinden de planeten zich in hetzelfde vlak? Omdat ze zijn gevormd uit een asymmetrische gaswolk, die eerst in de kortste richting ineenstort, wordt de substantie 'vlakker' en 'kleeft' aan zichzelf en trekt dan samen naar het midden. Maar in plaats van op hem te vallen, begint het om hem heen te draaien. Als gevolg hiervan worden planeten gevormd door inhomogeniteiten in deze jonge schijf, die blijven draaien in hetzelfde vlak met een verschil van enkele graden.
Dit is een van die gevallen waarin observaties en simulaties op basis van theoretische berekeningen verrassend consistent met elkaar zijn. Dus waar je ook bent in het heelal, alle planeten rond een ster zullen altijd in hetzelfde vlak draaien.
Vladimir Guillen