Wystarczy jedno potężne zderzenie, a planeta będzie dźwięczeć przez miliony lat

Chaotyczną naturę wczesnego Układu Słonecznego najłatwiej można zobaczyć, przyglądając się usianej kraterami powierzchni Księżyca. Na wczesnym etapie formowania się naszego układu planetarnego w wewnętrznej części układu bezustannie dochodziło do zderzeń między planetami a mniejszymi i większymi meteoroidami, planetoidami, kometami i planetezymalami. Wszystko wskazuje na to, że taką fazę przechodzi każdy formujący się układ planetarny. W najnowszym badaniu naukowcy postanowili sprawdzić za pomocą symulacji, co się dzieje, gdy zderzają się dwie masywne planety oraz czy ślady takiego zdarzenia da się odkryć miliony lat później.

Naukowcy skupili się na zrozumieniu dwóch podstawowych pytań: Czy masywne uderzenia planet generują silne i długotrwałe fale sejsmiczne wewnątrz planety oraz, czy Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) byłby w stanie je wykryć. Owszem, warto tutaj przypomnieć, że teleskop Webba nie jest w stanie bezpośrednio wykrywać fal sejsmicznych. Naukowcy jednak są przekonani, że takie fale można byłoby wykryć w delikatnych zmianach jasności planety, którą już JWST jest w stanie obserwować z niespotykaną precyzją.

Aby to zbadać, naukowcy badali w symulacjach scenariusz, w którym młoda planeta gazowa o masie Neptuna zderza się ze starszą i znacznie masywniejszą planetą gazową. Model ten opierał się na planecie Beta Pictoris b, czyli na młodej i niezwykle masywnej planecie. Według dostępnych informacji, Beta Pictoris b to planeta o masie 13 razy większej od Jowisza. Jej wiek natomiast szacuje się na zaledwie 12 do 20 milionów lat. Dotychczasowe badania wykazały, że planeta ta jest bogata w ciężkie pierwiastki, co może wskazywać na to, że na etapie formowania pochłaniała wiele mniejszych, bogatych w metale ciał planetarnych.

W symulacji planeta o masie 17 Ziemi uderza w Beta Pictoris b, dodając znaczną masę i pęd. To uderzenie wywołuje szeroką paletę oscylacji sejsmicznych — wibracji na skalę planetarną, które, według badań, mogą trwać przez miliony lat. Owe fale sejsmiczne powodują zmiany w ogólnej jasności planety, które JWST mógłby wykryć, gdyby uderzenie miało miejsce w ciągu ostatnich 9 do 18 milionów lat.

Badania sugerują, że te długotrwałe wibracje oferują nowy sposób badania wnętrz odległych planet. Fale sejsmiczne niosą cenne informacje o wewnętrznej strukturze planety, a pomiar ich częstotliwości może ujawnić dane o ogólnej gęstości planety. To podejście zapewnia pośrednią, ale skuteczną metodę badania planet, które w przeciwnym razie są zbyt daleko, aby można je było bezpośrednio zmierzyć.

Co więcej, oscylacje sejsmiczne mogą potencjalnie pomóc w identyfikacji warstw wnętrza egzoplanet. Podczas gdy metody oparte na grawitacji są ograniczone do planet w naszym własnym układzie słonecznym, ta technika oparta na falach sejsmicznych może rozszerzyć takie badania na planety krążące wokół innych gwiazd.

Naukowcy wskazują również, że uderzenia nie są jedynym źródłem wibracji planetarnych. Niektóre masywne egzoplanety, szczególnie te na wysoce eliptycznych orbitach, znane jako „gorące” lub „ciepłe” Jowisze, mogą doświadczać sił pływowych ze strony swoich gwiazd macierzystych, wystarczająco silnych, aby wzbudzić podobną aktywność sejsmiczną. Te oddziaływania pływowe mogą wzmacniać podstawowe tryby oscylacji, prowadząc do wykrywalnych fluktuacji w świetle podczerwonym.

Naukowcy wskazują zatem, że aktywność sejsmiczna, niezależnie od tego, czy jest spowodowana kolizjami, czy oddziaływaniami grawitacyjnymi, może być kluczowym narzędziem w powstającej dziedzinie sejsmologii egzoplanetarnej — oferując unikalny wgląd we wnętrza i historię odległych globów.

Źródło: arXiv

Artykuł Wystarczy jedno potężne zderzenie, a planeta będzie dźwięczeć przez miliony lat pochodzi z serwisu PULS KOSMOSU.