Совместимость гипотезы Гранд-Тэка с теорией «деформирующего удара ядра» диффузного ядра Юпитера.

В последние годы миссия «Юнона» показала, что ядро ​​Юпитера было гораздо более рассеянным , чем ожидали астрономы.

Одна из теорий состоит в том, что «в течение нескольких миллионов лет» после своего формирования Юпитер испытал лобовое столкновение с планетезималем размером около 10 М ⊕ , добавляя к его ядру гораздо больше массы из силикатных планетезималей, но также вызывая разрушение содержимого ядра и его смешивание с внутренней оболочкой.

Модели, используемые в этой теории, помещают Юпитер на расстояние 5,2 а.е. от Солнца, что примерно равно его большой полуоси в наши дни. Рассматриваемая планетезималь была бы на верхнем пределе допустимого диапазона масс для Суперземли.

Теперь, согласно теории Гранд-Тэка , Юпитер изначально образовался на расстоянии ≈ 3,5 а.е. и мигрировала внутрь к Солнцу, прежде чем гравитационные взаимодействия с Сатурном заставили две планеты двигаться наружу и вывести Юпитер на его современную орбиту.

Сам Сатурн образовался бы на расстоянии ≈ 4,5 АС, увеличивающаяся в массе от 30 М ⊕ к 60 М ⊕ во время первого 10 5 лет внутренней миграции Юпитера, прежде чем начать свою собственную внутреннюю миграцию. Это было бы намного быстрее, чем у Юпитера, что позволило бы Сатурну «догнать» и затем произойти описанные гравитационные взаимодействия.

Все первоначальные образования произошли в течение времени ⪅ 6 М у р , может ближе к ≈ 3 М у р . ( Первоначальная статья , описывающая Гранд-Тэкс, относится только к «нескольким миллионам лет»; приведенные здесь цифры основаны на «Дисковых частотах и ​​времени жизни в молодых скоплениях» , которые цитируются в подтверждение этого.) Внутренняя и внешняя миграции тогда имели бы произошло в течение 800 000 лет (см. рис. 1 статьи Гранд Тэка ) .

(Между прочим, ядра Урана и Нептуна ≈ 5 М ⊕ в начале этой миграции, увеличиваясь до значений > 10 М ⊕ в конце его.)

Схема из arXiv 1201.5177)

На данный момент две модели выглядят вполне совместимыми друг с другом, поскольку столкновение произошло после того, как Юпитер вышел на свою орбиту в 5,2 а.е. Но есть одна деталь, в которой я не уверен. Вот вопрос:

  • Описания теории Гранд-Тэка описывают Юпитер как разбрасывающий ранние планетезимали, поскольку его гравитация нарушила их орбиты. Некоторые столкнулись друг с другом, некоторые были отброшены к Солнцу... Более ли вероятно, что один из них столкнулся с самим Юпитером под лобовым углом, необходимым для искривляющего ядро ​​столкновения? Это означало бы, что столкновение произошло до того, как Юпитер достиг своей конечной орбиты.

Кроме того...

  • Временная шкала «несколько миллионов лет» довольно расплывчата. Кто-нибудь знает какие-либо дополнительные детали, которые могут свидетельствовать о том, что столкновение произошло до временных рамок Великого Такса?

Ссылки (не платный доступ):

Хайш-младший, К.Е., Лада, Э.А., и Лада, Си.Дж. (2001). Дисковые частоты и время жизни в молодых скоплениях. Письма из астрофизического журнала, 553 (2), L153.

Уолш, К. Дж., Морбиделли, А., Раймонд, С. Н., О'Брайен, Д. П., и Манделл, А. М. (2011). Малая масса Марса из-за ранней газовой миграции Юпитера. Природа, 475 (7355), 206-209.

Лю С.Ф., Хори Ю., Мюллер С., Чжэн X., Хеллед Р., Лин Д. и Изелла А. (2019). Формирование разбавленного ядра Юпитера в результате гигантского удара. Природа, 572 (7769), 355-357.

Гийо, Т. (2019). Признаки того, что Юпитер был смешан гигантским ударом.

с сопутствующими статьями:

Уолл, М. (2017). Больше странностей Юпитера: гигантская планета может иметь огромное «нечеткое» ядро. (space.com)

Вейтеринг, Х. (2018). «Совершенно неправильно» на Юпитере: что ученые узнали из миссии НАСА «Юнона». (space.com)

(2019). Деформирующее ядро ​​воздействие в прошлом Юпитера? (Астрономия сейчас)

Статья, цитируемая в более ранних версиях этого вопроса, но оказавшаяся несовместимой с теорией Гранд Такса:

Пирани, С., Йохансен, А., Битч, Б., Мустилл, А.Дж., и Туррини, Д. (2019). Последствия планетарной миграции на малых телах ранней Солнечной системы. Астрономия и астрофизика, 623, A169.

с сопроводительной статьей:

Раскрыто неизвестное путешествие Юпитера

Без оплаты: arxiv.org/abs/2007.08338
@KeithMcClary Большое спасибо за это. Я сейчас на работе, но позже отредактирую это в вопросе. Еще раз спасибо!
Однако меня беспокоит то, что в вашей ссылке, предлагающей произойти через 2-3 млн лет после образования Юпитера, говорится, что Юпитер сформировался намного дальше, чем нынешнее расстояние, а затем мигрировал внутрь. . Я не уверен, что эта гипотеза и общий подход вообще совместимы, если только я не упускаю какую-то информацию.
@ShroomZed Я просмотрел исходный документ, о котором говорится в статье («Последствия планетарной миграции для малых тел ранней Солнечной системы»). Цитата: «было предложено много механизмов для объяснения малой массы пояса астероидов, таких как… сценарий Гранд-Тэкс… Мы не собираемся углубляться в этот вопрос, так как мы не моделировали внутреннюю часть Солнечной системы…» Я продолжаю расследование — документы, на которые он ссылается, похоже, предполагают, что конкурирующие крутящие моменты вызывают прекращение внутренней миграции Типа 1, и ничего не говорят о внешней, но 1/
это может быть основано на упрощающих предположениях, и может оказаться возможным добавить что-то похожее на Grand Tack в разумную модифицированную модель. Как я уже сказал, я читаю дальше, и мне интересно, как в это вписываются горячие планеты Юпитера/Хтония. Извините, что не ответила раньше, и спасибо, что обратили на это мое внимание.
@ShroomZed Похоже, что «Последствия миграции планет на малых телах ранней Солнечной системы» действительно, вероятно, несовместимы с Великим Таксом. Однако оказалось, что очень похожую временную шкалу можно получить из оригинальной статьи Grand Tack, и я отредактировал ее, чтобы заменить оригинал. В какой-то момент мне также понадобится отредактировать хотя бы одну статью в Википедии. Еще раз спасибо, что указали на все это.

Ответы (1)

Я думаю, что этот вопрос может вызвать более открытую дискуссию, чем окончательный ответ, но позвольте мне попробовать его.

Во-первых,

Более вероятно ли, что один из них столкнулся с самим Юпитером под лобовым углом, необходимым для столкновения с искривлением ядра?

Для столкновения более благоприятна коорбитальная конфигурация, чем столкновение с пересечением орбиты при высоком эксцентриситете (как показано у Лю и др., Расширенный рис. 2), но их «большие углы» не позволяют должным образом количественно оценить высокие эксцентриситеты. . Это связано с тем, что в их симуляциях все планетезимали инициализируются на круговых орбитах с начальными расстояниями в 5-10 взаимных радиусов Хилла (их параметр k). Почему я думаю, что они не сравнивали яблоки с яблоками должным образом, потому что обычно эксцентричная планета будет иметь больше кинетической энергии, чем разрешено в их симуляциях, уменьшая поперечное сечение столкновения.
Это привело бы к резкому снижению частоты ударов под большими углами по сравнению с данными, которые они показывают. Кроме того, в сценарии раннего рассеяния, который вы предлагаете,

Я думаю, что масса, необходимая для ударников, является основной причиной несовместимости этих двух сценариев. Начальными условиями для сценариев столкновения являются 5 плотно упакованных 10 м о п л ты с планет, одна из которых претерпевает неуправляемую газовую аккрецию и становится Юпитером. Эти условия объясняются возникновением олигархического роста. Для 5 планет это означает, что 50 м ⊕ упакованы в области размером 5 AU. Это уже 1/3 медианной массы диска класса 0, и это требует 100% высокой эффективности при переводе гальки в планетезимали на планеты.
Видя эти цифры, я сильно сомневаюсь в реалистичности начальных условий.

Что касается другой части вашего вопроса,

Временная шкала в несколько миллионов лет довольно расплывчата. Кто-нибудь знает какие-либо дополнительные детали, которые могут свидетельствовать о том, что столкновение произошло до временных рамок Великого Такса?

Несколько миллионов лет приходятся на определенное охлаждение и уплотнение, которое требуется для того, чтобы столкновение успешно смешало оболочку Юпитера. Следовательно, удар не должен был произойти до Большого галса.

Если взять обе эти вещи вместе, требования к охлаждению и массу/компактность необходимых начальных условий, я не думаю, что оба сценария совместимы.

Могу я просто удостовериться, что я правильно понял, так как здесь многое нужно распаковать? Для двух альтернативных сценариев вы считаете, что разбросанные планетезимали имели слишком малую массу для столкновения с одним из них, и вы также считаете, что столкновение не могло произойти до Великого галса. Пока что я почти уверен, что слежу за тобой. Однако, помимо этих двух, вы затем приводите два аргумента в пользу того, что первоначальные теории Великого Tack и Core-Warping Impact несовместимы, а именно: 1/
(1) что вероятность исходного сценария (столкновение с планетезималем массой 10 земных после окончания Великого такта) ниже, чем ожидалось, если принять во внимание эллиптические орбиты, и (2) пять плотно упакованных планет вызывают доверие слишком. Если да, то есть ли, по вашему мнению, какой-либо отход от чрезмерно упрощенных предположений, используемых для настройки исходных моделей, который мог бы сделать версии двух сценариев совместимыми?
@Astrid_Redfern: Я бы сказал, что (1) вашего первого комментария и (1) второго идут рука об руку, и тогда аргументы энтропии и массы - это два отдельных пункта. Извините, если мое письмо было недостаточно ясным. Чрезмерно упрощенные предположения, вы имеете в виду, можно ли взять более реалистичные начальные условия для модели удара, чтобы это произошло? Я уверен, что это будет предметом текущих исследований. Однако, несмотря на то, что резонансные цепочки равной массы, которые дестабилизируются после рассеивания газового диска, действительно случаются в моделях формирования планет, это количество твердой массы находится на верхнем пределе, который вы можете построить.
и выборочно превращать только одну из планет резонансной цепи равной массы в газовые гиганты также странно. Я думаю, что чем реалистичнее вы подходите, тем труднее попасть в Юпитер воспроизводимым образом, чтобы вероятность этого события была примерно 50%, а не невероятно маловероятной. Реальность может быть стохастической, но некоторым из нас все же хотелось бы, чтобы модели формирования Солнечной системы давали высокую вероятность сценариев, которые мы представляем.
Еще один комментарий касается необходимости самого сценария Гранд Такс, который изначально был разработан как физически непротиворечивый способ создания планетозимального кольца между 0,7 и 1,0-1,5 а. , маленький Марс и маломассивный пояс планетезималей с возбужденными e и i.) Более новые работы указывают на то, что в Гранд Тэке может не быть необходимости, и что однонаправленная миграция с аккрецией гальки (например, статья Пирани и др. al., что вы привели) может привести к желаемой Солнечной системе.
Спасибо. Итак, вы говорите, что верите в то, что теория удара о искривлении ядра вряд ли будет реалистичной, и что это так, независимо от того, верна ли теория Великого Такса или нет. В принципе, речь больше о правдоподобности второй модели, чем о ее совместимости с первой?
Кроме того, есть ли какое-либо альтернативное объяснение диффузного ядра Юпитера, которое вы считаете более правдоподобным?
Ни одна из моделей не работает без серьезных проблем (некоторые из них описаны выше), поэтому ни одна из них не принимается. Кроме того, объединение этих двух сценариев представляется затруднительным, поскольку результаты моделирования ГТ исключают начальные условия, необходимые для сценария воздействия активной зоны. Другим объяснением диффузного ядра Юпитера является эрозия ядра (Милицер и др., 2011), поскольку силикатная порода становится термодинамически неустойчивой в газе H/He под высоким давлением и растворяется в газе. Все эти сценарии — отдельные кусочки головоломки, готовой головоломки пока не существует.
Как называется статья Милитцера и др.?
@Astrid_Redfern: Извините, кажется, я перепутал год. ui.adsabs.harvard.edu/abs/2012ApJ...745...54W/abstract в 2012 г. для эрозии водяного льда под высоким давлением, ui.adsabs.harvard.edu/abs/2012PhRvL.108k1101W/abstract для MgO, ui.adsabs.harvard.edu/abs/2014ApJ...787...79G/abstract для SiO2. Однако применение их к моделям планетарной эволюции было бы еще одной партией статей.
Совместимость гипотезы Гранд-Тэка с теорией «деформирующего удара ядра» диффузного ядра Юпитера.
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v