กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 23 นาที

สมมติฐานเนบิวลา

สมมติฐานเนบิวลาเป็นแบบจำลองที่ได้รับการยอมรับมากที่สุดในสาขาจักรวาลวิทยาเพื่ออธิบายการก่อตัวและวิวัฒนาการของระบบสุริยะ (รวมถึงระบบดาวเคราะห์ อื่นๆ ด้วย )

สมมติฐานเนบิวลา

สมมติฐานเนบิวลาเป็นแบบจำลองที่ได้รับการยอมรับมากที่สุดในสาขาจักรวาลวิทยาเพื่ออธิบายการก่อตัวและวิวัฒนาการของระบบสุริยะ (รวมถึงระบบดาวเคราะห์ อื่นๆ ด้วย ) สมมติฐานนี้เสนอว่าระบบสุริยะก่อตัวขึ้นจากก๊าซและฝุ่นที่โคจรรอบดวงอาทิตย์ซึ่งรวมตัวกันเพื่อก่อตัวเป็นดาวเคราะห์ ทฤษฎีนี้ได้รับการพัฒนาโดยอิมมานูเอล คานต์และตีพิมพ์ในหนังสือประวัติศาสตร์ธรรมชาติสากลและทฤษฎีแห่งสวรรค์ (ค.ศ. 1755) จากนั้นได้รับการปรับปรุงแก้ไขในปี ค.ศ. 1796 โดยปิแอร์ ลาปลาซ เดิมทีใช้กับระบบสุริยะแต่ปัจจุบันเชื่อกันว่ากระบวนการก่อตัวของระบบดาวเคราะห์เกิดขึ้นทั่วทั้งจักรวาลแบบจำลองเนบิวลาที่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางในปัจจุบันคือแบบจำลองจานเนบิวลาสุริยะ ( SNDM ) หรือแบบจำลองเนบิวลาสุริยะ[ 1 ] แบบ จำลองนี้เสนอคำอธิบายสำหรับคุณสมบัติต่างๆ ของระบบสุริยะ รวมถึงวงโคจรของดาวเคราะห์ที่เกือบเป็นวงกลมและอยู่ในระนาบเดียวกัน และการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์ไปในทิศทางเดียวกับการหมุนของดวงอาทิตย์ องค์ประกอบบางส่วนของทฤษฎีเนบิวลาเดิมยังคงปรากฏอยู่ในทฤษฎีการก่อตัวของดาวเคราะห์ในปัจจุบัน แต่ส่วนใหญ่แล้วองค์ประกอบเหล่านั้นได้ถูกแทนที่ด้วยทฤษฎีใหม่ไปแล้ว

ตามทฤษฎีเนบิวลา ดาวฤกษ์ก่อตัวขึ้นในเมฆไฮโดรเจนโมเลกุล ขนาดใหญ่และหนาแน่น — เมฆโมเลกุลยักษ์ (GMC) เมฆเหล่านี้ไม่เสถียรเนื่องจากแรงโน้มถ่วง และสสารจะรวมตัวกันภายในเมฆเป็นกลุ่มก้อนที่เล็กลงและหนาแน่นขึ้น จากนั้นกลุ่มก้อนเหล่านี้จะหมุน ยุบตัว และก่อตัวเป็นดาวฤกษ์ การก่อตัวของดาวฤกษ์เป็นกระบวนการที่ซับซ้อน ซึ่งมักจะสร้างจานโปรโตแพลเนตารีที่ เป็นก๊าซ ( proplyd ) รอบดาวฤกษ์อายุน้อยเสมอ จานโปรโตแพลเนตารีนี้อาจให้กำเนิดดาวเคราะห์ได้ในบางสถานการณ์ ซึ่งยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด ดังนั้นการก่อตัวของระบบดาวเคราะห์จึงถือเป็นผลลัพธ์ตามธรรมชาติของการก่อตัวของดาวฤกษ์ ดาวฤกษ์ที่มีลักษณะคล้ายดวงอาทิตย์มักใช้เวลาประมาณ 1 ล้านปีในการก่อตัว โดยจานโปรโตแพลเนตารีจะพัฒนาเป็นระบบดาวเคราะห์ในช่วง 10–100 ล้านปีถัดไป[ 2 ]

จานโปรโตแพลเนตารีเป็นจานสะสมมวลที่ป้อนดาวฤกษ์ศูนย์กลาง[ 3 ]ในช่วงแรก จานจะร้อนมาก ต่อมาจะเย็นลงในสิ่งที่เรียกว่า ระยะ ดาวฤกษ์ T Tauriซึ่งในระยะนี้ การก่อตัวของ อนุภาค ฝุ่น ขนาดเล็ก ที่ทำจากหินและน้ำแข็งเป็นไปได้ อนุภาคเหล่านี้ในที่สุดอาจรวมตัวกันเป็นดาวเคราะห์ ขนาดหลายกิโลเมตร หากจานมีมวลมากพอ การสะสมมวลแบบควบคุมไม่ได้จะเริ่มต้นขึ้น ส่งผลให้เกิดการก่อตัวของตัวอ่อนดาวเคราะห์ ขนาดเท่าดวงจันทร์ถึงดาวอังคารอย่างรวดเร็วภายใน 100,000 ถึง 300,000 ปี ใกล้กับดาวฤกษ์ ตัวอ่อนดาวเคราะห์จะผ่านช่วงของการรวมตัวอย่างรุนแรง ทำให้เกิดดาวเคราะห์ภาคพื้นดิน จำนวนหนึ่ง ขั้นตอนสุดท้ายใช้เวลาประมาณ 100 ล้านถึง 1 พันล้านปี[ 2 ]

การก่อตัวของดาวเคราะห์ยักษ์เป็นกระบวนการที่ซับซ้อนกว่า เชื่อกันว่าเกิดขึ้นนอกเส้นน้ำแข็งซึ่งตัวอ่อนของดาวเคราะห์ส่วนใหญ่ประกอบด้วยน้ำแข็งหลายชนิด ส่งผลให้มีมวลมากกว่าในส่วนด้านในของจานดาวเคราะห์ก่อนเกิดหลายเท่า สิ่งที่เกิดขึ้นหลังจากการก่อตัวของตัวอ่อนยังไม่ชัดเจนนัก ตัวอ่อนบางส่วนดูเหมือนจะเติบโตต่อไปและในที่สุดก็มีมวลถึง 5–10 เท่าของมวลโลกซึ่งเป็นค่าเกณฑ์ที่จำเป็นสำหรับการเริ่มต้นการสะสมของ ก๊าซ ไฮโดรเจน - ฮีเลียมจากจาน[ 4 ]การสะสมของก๊าซโดยแกนกลางในตอนแรกเป็นกระบวนการที่ช้า ซึ่งดำเนินต่อไปเป็นเวลาหลายล้านปี แต่หลังจากที่ดาวเคราะห์ก่อนเกิดที่กำลังก่อตัวมีมวลถึงประมาณ 30 เท่าของมวลโลก ( M 🜨 ) มันจะเร่งตัวขึ้นและดำเนินไปอย่างรวดเร็ว ดาวเคราะห์ที่คล้ายกับ ดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์เชื่อกันว่าสะสมมวลส่วนใหญ่ในช่วงเวลาเพียง 10,000 ปี การสะสมจะหยุดลงเมื่อก๊าซหมดลง ดาวเคราะห์ที่ก่อตัวขึ้นสามารถเคลื่อนที่ได้ในระยะทางไกลระหว่างหรือหลังการก่อตัวดาวเคราะห์ยักษ์น้ำแข็งเช่นยูเรนัสและเนปจูนเชื่อกันว่าเป็นแกนกลางที่ล้มเหลว ซึ่งก่อตัวขึ้นช้าเกินไปเมื่อจานเกือบหายไปแล้ว[ 2 ]

ประวัติศาสตร์

มีหลักฐานว่าเอ็มมานูเอล สวีเดนบอร์กเสนอทฤษฎีเนบิวลาบางส่วนเป็นครั้งแรกในปี 1734 [ 5 ] [ 6 ]อิมมานูเอล คานต์ผู้คุ้นเคยกับงานของสวีเดนบอร์ก ได้พัฒนาทฤษฎีนี้ต่อไปในปี 1755 โดยตีพิมพ์หนังสือประวัติศาสตร์ธรรมชาติสากลและทฤษฎีแห่งท้องฟ้า ของเขาเอง ซึ่งเขาได้โต้แย้งว่าเมฆก๊าซ ( เนบิวลา ) หมุนช้าๆ ค่อยๆ ยุบตัวและแบนราบลงเนื่องจากแรงโน้มถ่วงในที่สุดก็ก่อตัวเป็นดาวฤกษ์และดาวเคราะห์[ 1 ] [ 7 ]

ปิแอร์-ซีมอง ลาปลาซได้พัฒนาและเสนอแบบจำลองที่คล้ายกันโดยอิสระในปี 1796 [ 1 ]ในหนังสือ Exposition du systeme du monde ของเขา เขาจินตนาการว่าเดิมทีดวงอาทิตย์มีชั้นบรรยากาศร้อนแผ่ขยายไปทั่วปริมาตรของระบบสุริยะ ทฤษฎีของเขามีเมฆโปรโตโซลาร์ที่หดตัวและเย็นลง—เนบิวลาโปรโตโซลาร์ เมื่อเนบิวลานี้เย็นลงและหดตัวลง มันจะแบนราบและหมุนเร็วขึ้น ปล่อย (หรือหลุดร่วง) วงแหวนก๊าซของสสารออกมาเป็นชุดๆ และตามที่เขากล่าว ดาวเคราะห์จะควบแน่นจากสสารนี้ แบบจำลองของเขามีความคล้ายคลึงกับของคานต์ ยกเว้นว่ามีรายละเอียดมากกว่าและมีขนาดเล็กกว่า[ 1 ]แม้ว่าแบบจำลองเนบิวลาของลาปลาซจะครองตลาดในศตวรรษที่ 19 แต่ก็ประสบปัญหาหลายประการ ปัญหาหลักเกี่ยวข้องกับ การกระจาย โมเมนตัมเชิงมุมระหว่างดวงอาทิตย์และดาวเคราะห์ ดาวเคราะห์มีโมเมนตัมเชิงมุม 99% และข้อเท็จจริงนี้ไม่สามารถอธิบายได้ด้วยแบบจำลองเนบิวลา[ 1 ]ด้วยเหตุนี้ นักดาราศาสตร์ส่วนใหญ่จึงละทิ้งทฤษฎีการก่อตัวของดาวเคราะห์นี้ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20

ตามที่บางคนกล่าว การวิจารณ์ครั้งสำคัญเกิดขึ้นในช่วงศตวรรษที่ 19 โดยJames Clerk Maxwell (1831–1879) ซึ่งในบางแหล่งข้อมูลอ้างว่าเขายืนยันว่าการหมุนที่แตกต่างกันระหว่างส่วนด้านในและด้านนอกของวงแหวนไม่สามารถทำให้เกิดการควบแน่นของสสารได้[ 8 ]อย่างไรก็ตาม ทั้งการวิจารณ์และการอ้างถึง Maxwell ได้รับการพิจารณาว่าไม่ถูกต้องเมื่อมีการตรวจสอบเพิ่มเติม โดยความผิดพลาดดั้งเดิมเกิดจากGeorge Gamowในสิ่งพิมพ์ยอดนิยมบางฉบับและเผยแพร่อย่างต่อเนื่องนับตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา[ 9 ]นักดาราศาสตร์Sir David Brewsterก็ปฏิเสธ Laplace เช่นกัน โดยเขียนในปี 1876 ว่า "ผู้ที่เชื่อในทฤษฎีเนบิวลาถือว่าเป็นเรื่องที่แน่นอนว่าโลกของเราได้รับสสารแข็งและชั้นบรรยากาศจากวงแหวนที่ถูกเหวี่ยงออกจากชั้นบรรยากาศของดวงอาทิตย์ ซึ่งต่อมาหดตัวเป็นทรงกลมแข็งที่ปกคลุมด้วยน้ำ จากนั้นดวงจันทร์ก็ถูกเหวี่ยงออกไปโดยกระบวนการเดียวกัน" เขาโต้แย้งว่าภายใต้มุมมองดังกล่าว “ดวงจันทร์จะต้องนำน้ำและอากาศจากส่วนที่เป็นน้ำและส่วนที่เป็นอากาศของโลกมาด้วย และจะต้องมีชั้นบรรยากาศ” [ 10 ] : 153 บรูว์สเตอร์อ้างว่าความ เชื่อทางศาสนาของ เซอร์ไอแซค นิวตันก่อนหน้านี้ถือว่าแนวคิดเกี่ยวกับเนบิวลามีแนวโน้มไปสู่ลัทธิอเทวนิยม และอ้างคำพูดของเขาว่า “การเติบโตของระบบใหม่จากระบบเก่าโดยปราศจากการแทรกแซงของอำนาจศักดิ์สิทธิ์ ดูเหมือนจะไร้สาระสำหรับเขา” [ 10 ] : 233

ข้อบกพร่องที่รับรู้ได้ของแบบจำลองลาปลาเซียนกระตุ้นให้นักวิทยาศาสตร์ค้นหาแบบจำลองอื่นมาทดแทน ในช่วงศตวรรษที่ 20 มีทฤษฎีมากมายที่กล่าวถึงประเด็นนี้ รวมถึงทฤษฎีดาวเคราะห์น้อยของโทมัส แชมเบอร์ลินและฟอเรสต์ มอลตัน (1901) แบบจำลองกระแสน้ำขึ้นลงของเจมส์ จีนส์ (1917) แบบจำลองการสะสมมวลของออตโต ชมิดต์ (1944) ทฤษฎีโปรโตแพลนต์ของวิลเลียม แมคเครีย (1960) และสุดท้ายคือทฤษฎีการจับยึดของไมเคิล วูล์ฟสัน [ 1 ] ในปี 1978 แอนดรูว์ เพรนติสได้ฟื้นฟูแนวคิดลาปลาเซียนเบื้องต้นเกี่ยวกับการก่อตัวของดาวเคราะห์และพัฒนา ทฤษฎีลาปลา เซียนสมัยใหม่[ 1 ]ความพยายามเหล่านี้ไม่มีครั้งใดที่ประสบความสำเร็จอย่างสมบูรณ์ และทฤษฎีที่เสนอหลายทฤษฎีเป็นเพียงการอธิบายเท่านั้น

การกำเนิดของทฤษฎีการก่อตัวของดาวเคราะห์ที่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางในปัจจุบัน—แบบจำลองจานเนบิวลาสุริยะ (SNDM)—สามารถสืบย้อนไปถึงนักดาราศาสตร์ชาวโซเวียตวิกเตอร์ ซาโฟรนอฟ [ 11 ] หนังสือของเขาในปี 1969 เรื่อง วิวัฒนาการของเมฆก่อนเกิดดาวเคราะห์และการก่อตัวของโลกและดาวเคราะห์ [ 12 ] ซึ่งได้รับการแปลเป็นภาษาอังกฤษในปี 1972 มีอิทธิพลอย่างมากต่อวิธีที่นักวิทยาศาสตร์คิดเกี่ยวกับการก่อตัวของดาวเคราะห์[ 13 ]ในหนังสือเล่มนี้ ปัญหาสำคัญเกือบทั้งหมดของกระบวนการก่อตัวของดาวเคราะห์ได้รับการกำหนดขึ้น และบางส่วนได้รับการแก้ไขแล้ว แนวคิดของซาโฟรนอฟได้รับการพัฒนาเพิ่มเติมในงานของจอร์จ เวเธอร์ริลผู้ค้นพบการสะสมมวลแบบควบคุมไม่ได้ [ 1 ] แม้ว่าเดิมทีจะนำไปใช้กับระบบสุริยะ เท่านั้น แต่ต่อมานักทฤษฎีคิดว่า SNDM ทำงานอยู่ทั่วทั้งจักรวาล ณ วันที่ 23 เมษายน 2026 นักดาราศาสตร์ได้ค้นพบดาวเคราะห์นอก ระบบสุริยะ 6,416 ดวง ในกาแล็กซี ของ เรา[ 14 ]

แบบจำลองเนบิวลาสุริยะ: ความสำเร็จและปัญหา

ความสำเร็จ

แผ่นดิสก์ฝุ่นที่ล้อมรอบดาวฤกษ์อายุน้อยที่อยู่ใกล้เคียงในรายละเอียดที่มากขึ้น[ 15 ]

กระบวนการก่อตัวของดาวฤกษ์ส่งผลให้เกิดจานสะสมมวลรอบวัตถุดาวฤกษ์ อายุน้อยโดยธรรมชาติ [ 16 ]เมื่ออายุประมาณ 1 ล้านปี ดาวฤกษ์ 100% อาจมีจานดังกล่าว[ 17 ]ข้อสรุปนี้ได้รับการสนับสนุนจากการค้นพบจานก๊าซและฝุ่นรอบดาวฤกษ์แรกเริ่มและดาวฤกษ์ T Tauriรวมถึงการพิจารณาทางทฤษฎี[ 18 ]การสังเกตจานเหล่านี้แสดงให้เห็นว่า อนุภาค ฝุ่นภายในจานมีขนาดใหญ่ขึ้นในช่วงเวลาสั้นๆ (พันปี) ทำให้เกิดอนุภาคขนาด 1 เซนติเมตร[ 19 ]

กระบวนการสะสมมวลซึ่งดาวเคราะห์ ขนาด 1 กม. เติบโตเป็นวัตถุขนาด 1,000 กม. นั้นเป็นที่เข้าใจกันดีแล้วในปัจจุบัน[ 20 ]กระบวนการนี้เกิดขึ้นภายในจานใดๆ ก็ตามที่มีความหนาแน่นของดาวเคราะห์ขนาดสูงเพียงพอ และดำเนินไปอย่างรวดเร็ว การเติบโตจะชะลอตัวลงในภายหลังและดำเนินต่อไปในรูปแบบการสะสมมวลแบบจำกัด ผลลัพธ์สุดท้ายคือการก่อตัวของตัวอ่อนดาวเคราะห์ที่มีขนาดแตกต่างกัน ซึ่งขึ้นอยู่กับระยะห่างจากดาวฤกษ์[ 20 ]การจำลองต่างๆ ได้แสดงให้เห็นว่าการรวมตัวของตัวอ่อนในส่วนด้านในของจานดาวเคราะห์ก่อนกำเนิดนำไปสู่การก่อตัวของวัตถุขนาดเท่าโลกจำนวนหนึ่ง ดังนั้นต้นกำเนิดของดาวเคราะห์ภาคพื้นดินจึงถือว่าเป็นปัญหาที่เกือบจะแก้ไขได้แล้วในปัจจุบัน[ 21 ]

ประเด็นปัจจุบัน

ฟิสิกส์ของจานสะสมมวลพบปัญหาบางประการ[ 22 ]ปัญหาที่สำคัญที่สุดคือวัสดุที่ถูกสะสมโดยดาวฤกษ์แรกเริ่มสูญเสียโมเมนตัมเชิงมุมได้ อย่างไร คำอธิบายที่เป็นไปได้ประการหนึ่งที่เสนอโดยHannes Alfvénคือโมเมนตัมเชิงมุมถูกปลดปล่อยโดยลมสุริยะในช่วง ระยะ ดาวฤกษ์ T Tauriโมเมนตัมถูกส่งไปยังส่วนนอกของจานโดยแรงเค้นหนืด[ 23 ]ความหนืดถูกสร้างขึ้นโดยความปั่นป่วนระดับมหภาค แต่กลไกที่แน่นอนที่ทำให้เกิดความปั่นป่วนนี้ยังไม่เป็นที่เข้าใจดี กระบวนการที่เป็นไปได้อีกอย่างหนึ่งสำหรับการปลดปล่อยโมเมนตัมเชิงมุมคือการเบรกด้วยสนามแม่เหล็กซึ่งการหมุนของดาวฤกษ์จะถูกถ่ายโอนไปยังจานโดยรอบผ่านสนามแม่เหล็กของดาวฤกษ์นั้น[ 24 ]กระบวนการหลักที่รับผิดชอบต่อการหายไปของก๊าซในจานคือการแพร่หนืดและการระเหยด้วยแสง[ 25 ] [ 26 ]

ระบบดาวหลายดวง AS 205 [ 27 ]

การก่อตัวของดาวเคราะห์น้อยเป็นปัญหาที่ยังแก้ไม่ตกที่ใหญ่ที่สุดในแบบจำลองจานเนบิวลา วิธีที่อนุภาคขนาด 1 ซม. รวมตัวกันเป็นดาวเคราะห์น้อยขนาด 1 กม. ยังคงเป็นปริศนา กลไกนี้ดูเหมือนจะเป็นกุญแจสำคัญในการตอบคำถามว่าทำไมดาวฤกษ์บางดวงจึงมีดาวเคราะห์ ในขณะที่ดาวฤกษ์ดวงอื่นไม่มีอะไรอยู่รอบๆ แม้แต่แถบฝุ่น[ 28 ]

ระยะเวลาการก่อตัวของดาวเคราะห์ยักษ์ก็เป็นปัญหาสำคัญเช่นกัน ทฤษฎีเก่าไม่สามารถอธิบายได้ว่าแกนกลางของดาวเคราะห์ยักษ์จะก่อตัวได้เร็วพอที่จะสะสมก๊าซจำนวนมากจากจานดาวเคราะห์ก่อนเกิดที่หายไปอย่างรวดเร็วได้อย่างไร[ 20 ] [ 29 ]อายุเฉลี่ยของจานซึ่งน้อยกว่าสิบล้านปี (10 7 ) ดูเหมือนจะสั้นกว่าเวลาที่จำเป็นสำหรับการก่อตัวของแกนกลาง[ 17 ]มีความก้าวหน้าอย่างมากในการแก้ปัญหานี้ และแบบจำลองการก่อตัวของดาวเคราะห์ยักษ์ในปัจจุบันสามารถสร้างดาวพฤหัสบดี (หรือดาวเคราะห์ที่มีมวลมากกว่า) ได้ในเวลาประมาณ 4 ล้านปีหรือน้อยกว่านั้น ซึ่งอยู่ในช่วงอายุเฉลี่ยของจานก๊าซ[ 30 ] [ 31 ] [ 32 ]

ปัญหาอีกประการหนึ่งของการก่อตัวของดาวเคราะห์ยักษ์คือการเคลื่อนตัวของวงโคจรการคำนวณบางอย่างแสดงให้เห็นว่าการปฏิสัมพันธ์กับจานสามารถทำให้เกิดการเคลื่อนตัวเข้าด้านในอย่างรวดเร็ว ซึ่งหากไม่หยุดยั้ง จะส่งผลให้ดาวเคราะห์ไปถึง "บริเวณศูนย์กลางโดยยังคงเป็นวัตถุย่อยของดาวพฤหัสบดี " [ 33 ]การคำนวณล่าสุดระบุว่าวิวัฒนาการของจานในระหว่างการเคลื่อนตัวสามารถบรรเทาปัญหานี้ได้[ 34 ]

การก่อตัวของดาวฤกษ์และจานดาวเคราะห์ก่อนกำเนิด

ดาวฤกษ์แรกเริ่ม

ภาพถ่ายในช่วงแสงที่มองเห็นได้ (ซ้าย) และช่วงอินฟราเรด (ขวา) ของเนบิวลาไตรฟิดซึ่งเป็นกลุ่มก๊าซและฝุ่นขนาดยักษ์ที่กำลังก่อตัวเป็นดาวฤกษ์ ตั้งอยู่ห่างออกไป 5,400 ปีแสงในกลุ่มดาวคนยิงธนู

เชื่อกันว่าดาวฤกษ์ ก่อตัวขึ้นภายใน เมฆไฮโดรเจนโมเลกุลเย็น ขนาดยักษ์ ซึ่งเป็นเมฆโมเลกุลขนาดยักษ์ที่มีมวลประมาณ 300,000 เท่าของดวงอาทิตย์ ( M☉ ) และ  มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 20 พาร์เซก[ 2 ] [ 35 ]เมื่อเวลาผ่านไปหลายล้านปี เมฆโมเลกุลขนาดยักษ์มีแนวโน้มที่จะยุบตัวและแตกเป็นชิ้นเล็ก ชิ้นน้อย [ 36 ]จากนั้นชิ้นส่วนเหล่านี้จะก่อตัวเป็นแกนกลางขนาดเล็กและหนาแน่น ซึ่งต่อมาจะยุบตัวกลายเป็นดาวฤกษ์[ 35 ]แกนกลางเหล่านี้มีมวลตั้งแต่เศษส่วนไปจนถึงหลายเท่าของดวงอาทิตย์ และเรียกว่าเนบิวลาโปรโตสเตลลาร์ (โปรโตโซลาร์) [ 2 ]พวกมันมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.01–0.1 pc (2,000–20,000 AU) และมีความหนาแน่นของอนุภาคประมาณ 10,000 ถึง100,000 cm⁻³ [ a ] ​​[ 35 ] [ 37 ]

การยุบตัวเริ่มต้นของเนบิวลาโปรโตสเตลลาร์มวลเท่าดวงอาทิตย์ใช้เวลาประมาณ 100,000 ปี[ 2 ] [ 35 ] เนบิวลาทุกดวงเริ่มต้นด้วย โมเมนตัมเชิงมุมจำนวนหนึ่งก๊าซในส่วนกลางของเนบิวลาที่มีโมเมนตัมเชิงมุมค่อนข้างต่ำจะเกิดการอัดตัวอย่างรวดเร็วและก่อตัวเป็น แกน ไฮโดรสแตติก ที่ร้อน (ไม่หดตัว) ซึ่งมีมวลเพียงเศษส่วนเล็กน้อยของเนบิวลาเดิม[ 38 ]แกนนี้ก่อตัวเป็นเมล็ดพันธุ์ของสิ่งที่จะกลายเป็นดาวฤกษ์[ 2 ] [ 38 ]เมื่อการยุบตัวดำเนินต่อไป การอนุรักษ์โมเมนตัมเชิงมุมหมายความว่าการหมุนของซองที่ตกลงมาจะเร่งขึ้น[ 39 ] [ 40 ]ซึ่งส่วนใหญ่จะป้องกันไม่ให้ก๊าซรวมตัวเข้ากับแกนกลางโดยตรง ก๊าซจะถูกบังคับให้กระจายออกไปด้านนอกใกล้ระนาบเส้นศูนย์สูตร ก่อตัวเป็นแผ่นดิสก์ซึ่งจะรวมตัวเข้ากับแกนในที่สุด[ 2 ] [ 39 ] [ 40 ]แกนกลางค่อยๆ เพิ่มมวลขึ้นจนกลายเป็นดาวฤกษ์ เกิดใหม่ที่ร้อน จัด[ 38 ]ในขั้นตอนนี้ ดาวฤกษ์เกิดใหม่และจานของมันถูกบดบังอย่างมากด้วยซองที่ตกลงมาและไม่สามารถสังเกตได้โดยตรง[ 16 ] อันที่จริง ความทึบแสงของซองที่เหลืออยู่นั้นสูงมากจนแม้แต่ รังสี คลื่นมิลลิเมตรก็ยังยากที่จะหลุดออกมาจากภายใน[ 2 ] [ 16 ]วัตถุดังกล่าวถูกสังเกตเห็นเป็นกลุ่มก้อนที่สว่างมาก ซึ่งปล่อยรังสีคลื่นมิลลิเมตรและคลื่นย่อยมิลลิเมตร เป็นหลัก [ 37 ]พวกมันถูกจัดประเภทเป็นดาวฤกษ์เกิดใหม่ประเภทสเปกตรัมคลาส 0 [ 16 ]การยุบตัวมักจะมาพร้อมกับการไหลออกสองขั้วเจ็ต — ที่พุ่งออกมาตาม แกน การหมุนของจานที่อนุมานได้ เจ็ตเหล่านี้มักถูกสังเกตเห็นในบริเวณที่เกิดดาวฤกษ์ (ดูวัตถุ Herbig–Haro (HH) ) [ 41 ]ความสว่างของโปรโตสตาร์คลาส 0 นั้นสูง — โปรโตสตาร์มวลเท่าดวงอาทิตย์อาจแผ่รังสีได้มากถึง 100 เท่าของความสว่างของดวงอาทิตย์[ 16 ]แหล่งที่มาของพลังงานนี้คือ การยุบตัวเนื่องจาก แรงโน้มถ่วงเนื่องจากแกนกลางของพวกมันยังไม่ร้อนพอที่จะเริ่มปฏิกิริยาฟิวชั่นนิวเคลียร์[ 38 ] [ 42 ]

ภาพถ่ายอินฟราเรดแสดงการไหลออกของโมเลกุลจากดาวฤกษ์เกิดใหม่ HH 46/47 ที่มองไม่เห็นจากภายนอก

เมื่อวัสดุตกลงสู่จานอย่างต่อเนื่อง ซองหุ้มก็จะบางและโปร่งใสในที่สุด และวัตถุดาวฤกษ์อายุน้อย (YSO) ก็จะสามารถสังเกตได้ โดยเริ่มแรกใน แสง อินฟราเรดไกลและต่อมาในแสงที่มองเห็นได้[ 37 ]ในช่วงเวลานี้ ดาวฤกษ์แรกเริ่มจะเริ่มหลอมรวมดิวเทอเรียมหากดาวฤกษ์แรกเริ่มมีมวลมากพอ (มากกว่า 80 เท่าของมวลดาวพฤหัสบดี ( M J )) การหลอมรวมไฮโดรเจนก็จะเกิดขึ้น มิฉะนั้น หากมวลของมันต่ำเกินไป วัตถุนั้นจะกลายเป็น ดาว แคระน้ำตาล[ 42 ]การกำเนิดของดาวดวงใหม่นี้เกิดขึ้นประมาณ 100,000 ปีหลังจากที่การยุบตัวเริ่มต้นขึ้น[ 2 ]วัตถุในขั้นตอนนี้เรียกว่าดาวฤกษ์แรกเริ่มประเภทที่ 1 [ 16 ]ซึ่งเรียกอีกอย่างว่าดาว T Tauri อายุน้อย ดาวฤกษ์แรกเริ่มที่วิวัฒนาการแล้ว หรือวัตถุดาวฤกษ์อายุน้อย[ 16 ]ณ เวลานี้ ดาวฤกษ์ที่กำลังก่อตัวได้สะสมมวลส่วนใหญ่ไปแล้ว มวลรวมของจานและซองที่เหลืออยู่ไม่เกิน 10–20% ของมวลของ YSO ส่วนกลาง[ 37 ]

ในขั้นตอนต่อไป ซองหุ้มจะหายไปอย่างสมบูรณ์ เนื่องจากถูกรวบรวมโดยจาน และดาวฤกษ์แรกเริ่มจะกลายเป็นดาว T Tauri แบบคลาสสิก[ b ]เหตุการณ์นี้เกิดขึ้นหลังจากประมาณ 1 ล้านปี[ 2 ]มวลของจานรอบดาว T Tauri แบบคลาสสิกอยู่ที่ประมาณ 1–3% ของมวลดาวฤกษ์ และถูกดูดกลืนในอัตรา 10 −7ถึง 10 −9  M ต่อปี[ 45 ]โดยปกติแล้วจะมีเจ็ตแบบสองขั้วคู่หนึ่งอยู่ด้วย[ 46 ]การดูดกลืนอธิบายคุณสมบัติที่แปลกประหลาดทั้งหมดของดาว T Tauri แบบคลาสสิก ได้แก่ฟลักซ์ สูง ในเส้นการปล่อย (สูงถึง 100% ของความสว่าง ที่แท้จริง ของดาว) กิจกรรมแม่เหล็กความแปรปรวน ของ โฟโตเมตริก และเจ็ต[ 47 ]เส้นการปล่อยเกิดขึ้นจริงเมื่อก๊าซที่ดูดกลืนเข้าไปกระทบกับ "พื้นผิว" ของดาว ซึ่งเกิดขึ้นรอบขั้วแม่เหล็ก ของ ดาว[ 47 ]เจ็ตเป็นผลพลอยได้จากการสะสมมวล: พวกมันพาโมเมนตัมเชิงมุมส่วนเกินออกไป ระยะ T Tauri แบบคลาสสิกมีอายุประมาณ 10 ล้านปี[ 2 ]ในที่สุดจานก็หายไปเนื่องจากการสะสมมวลบนดาวฤกษ์กลาง การก่อตัวของดาวเคราะห์ การพุ่งออกโดยเจ็ต และการระเหยด้วยแสงจากรังสี UV จากดาวฤกษ์กลางและดาวฤกษ์ใกล้เคียง[ 48 ]ผลที่ตามมาคือ ดาวฤกษ์อายุน้อยกลายเป็นดาว T Tauri ที่มีเส้นสเปกตรัมอ่อนซึ่งค่อยๆ วิวัฒนาการไปเป็นดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์ธรรมดาในระยะเวลาหลายร้อยล้านปี[ 38 ]

จานก่อนเกิดดาวเคราะห์

ตรวจพบ จานเศษซากใน ภาพเก็บถาวรของ HSTของดาวฤกษ์อายุน้อย HD 141943 และ HD 191089 โดยใช้กระบวนการสร้างภาพที่ได้รับการปรับปรุง (24 เมษายน 2557) [ 49 ]

ภายใต้สถานการณ์บางอย่าง จานซึ่งปัจจุบันเรียกว่าจานดาวเคราะห์ก่อนกำเนิด อาจก่อให้เกิดระบบดาวเคราะห์ได้[ 2 ]จานดาวเคราะห์ก่อนกำเนิดได้รับการสังเกตพบรอบดาวฤกษ์จำนวนมากในกระจุกดาว อายุ น้อย[ 17 ] [ 50 ]พวกมันมีอยู่ตั้งแต่เริ่มการก่อตัวของดาวฤกษ์ แต่ในระยะแรกสุดนั้นไม่สามารถสังเกตได้เนื่องจากความทึบแสงของชั้นบรรยากาศโดยรอบ[ 16 ]จานของดาวฤกษ์ก่อน กำเนิดประเภท 0 เชื่อกันว่ามีมวลมากและร้อน มันเป็นจานสะสมมวลซึ่งป้อนดาวฤกษ์ก่อนกำเนิดส่วนกลาง[ 39 ] [ 40 ]อุณหภูมิสามารถสูงเกิน 400  Kภายใน 5 AU และ 1,000 K ภายใน 1 AU ได้อย่างง่ายดาย [ 51 ]ความร้อนของจานส่วนใหญ่เกิดจากการกระจายตัว ของความปั่นป่วนในจานเนื่องจากความหนืด และจากการไหลเข้าของก๊าซจากเนบิวลา[ 39 ] [ 40 ]อุณหภูมิสูง ในจานด้านในทำให้วัสดุ ระเหยส่วนใหญ่—น้ำ สารอินทรีย์ และหิน บางชนิด —ระเหยไป เหลือเพียง ธาตุ ที่ทนความร้อน สูงที่สุด เช่นเหล็กน้ำแข็งสามารถคงอยู่ได้เฉพาะในส่วนนอกของจานเท่านั้น[ 51 ]

จานดาวเคราะห์ก่อนกำเนิดที่กำลังก่อตัวในเนบิวลาโอไรออน

ปัญหาหลักในฟิสิกส์ของจานสะสมมวลคือการสร้างความปั่นป่วนและกลไกที่รับผิดชอบต่อความหนืดประสิทธิผลสูง[ 2 ]ความหนืดแบบปั่นป่วนนั้นเชื่อกันว่าเป็นสาเหตุของการขนส่งมวลไปยังดาวฤกษ์ต้นกำเนิดตรงกลางและโมเมนตัมไปยังขอบของจาน ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการสะสมมวล เนื่องจากก๊าซจะถูกสะสมโดยดาวฤกษ์ต้นกำเนิดตรงกลางได้ก็ต่อเมื่อมันสูญเสียโมเมนตัมเชิงมุมส่วนใหญ่ ซึ่งจะต้องถูกพัดพาไปโดยส่วนเล็ก ๆ ของก๊าซที่ลอยออกไปด้านนอก[ 39 ] [ 52 ]ผลลัพธ์ของกระบวนการนี้คือการเติบโตของทั้งดาวฤกษ์ต้นกำเนิดและรัศมี ของจาน ซึ่งสามารถสูงถึง 1,000 AU หากโมเมนตัมเชิงมุมเริ่มต้นของเนบิวลามีขนาดใหญ่พอ[ 40 ]จานขนาดใหญ่ถูกสังเกตเป็นประจำในหลายพื้นที่ก่อกำเนิดดาวฤกษ์ เช่นเนบิวลาโอไรออน[ 18 ]

ภาพจำลองของจานและกระแสแก๊สรอบดาวฤกษ์อายุน้อยHD 142527 [ 53 ]

อายุการใช้งานของจานสะสมมวลอยู่ที่ประมาณ 10 ล้านปี[ 17 ]เมื่อดาวฤกษ์ถึงระยะ T-Tauri แบบคลาสสิก จานจะบางลงและเย็นลง[ 45 ]วัสดุที่ระเหยได้น้อยกว่าจะเริ่มควบแน่นใกล้กับศูนย์กลาง ก่อตัวเป็นอนุภาคฝุ่นขนาด 0.1–1 μm ที่มีซิลิเกผลึก[ 19 ]การขนส่งวัสดุจากจานด้านนอกสามารถผสมอนุภาคฝุ่น ที่เกิดขึ้นใหม่เหล่านี้ กับ อนุภาค ดั้งเดิมซึ่งมีสารอินทรีย์และสารระเหยอื่นๆ การผสมนี้สามารถอธิบายลักษณะเฉพาะบางประการในองค์ประกอบของวัตถุในระบบสุริยะ เช่น การมีอยู่ของอนุภาคระหว่างดาว ใน อุกกาบาต ดั้งเดิม และการรวมตัวของวัสดุทนไฟในดาวหาง[ 51 ]

กระบวนการก่อตัวของดาวเคราะห์หลายดวง รวมถึง ดาวหางนอกระบบและดาวเคราะห์ น้อยอื่นๆ รอบดาวเบตา พิกทอริส ดาวฤกษ์ ประเภทAV ที่ยังอายุน้อยมาก ( ภาพจำลองโดยศิลปินของ NASA )

อนุภาคฝุ่นมีแนวโน้มที่จะเกาะติดกันในสภาพแวดล้อมของจานที่หนาแน่น ทำให้เกิดอนุภาคขนาดใหญ่ขึ้นได้ถึงหลายเซนติเมตร[ 54 ]ร่องรอยของการประมวลผลและการรวมตัวของ ฝุ่น ถูกสังเกตพบในสเปกตรัมอินฟราเรดของจานอายุน้อย[ 19 ]การรวมตัวเพิ่มเติมสามารถนำไปสู่การก่อตัวของดาวเคราะห์ น้อย ที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 1 กิโลเมตรขึ้นไป ซึ่งเป็นส่วนประกอบพื้นฐานของดาวเคราะห์[ 2 ] [ 54 ] การก่อตัว ของดาวเคราะห์น้อยเป็นอีกปัญหาหนึ่งที่ยังแก้ไม่ตกในฟิสิกส์ของจาน เนื่องจากแรงยึดเกาะแบบง่ายๆ จะไม่มีประสิทธิภาพเมื่ออนุภาคฝุ่นมีขนาดใหญ่ขึ้น[ 28 ]

สมมติฐานหนึ่งคือการก่อตัวโดยความไม่เสถียรของแรงโน้มถ่วงอนุภาคที่มีขนาดหลายเซนติเมตรหรือใหญ่กว่านั้นค่อยๆ ตกตะกอนลงใกล้ระนาบกลางของจาน ก่อตัวเป็นชั้นที่บางมาก—น้อยกว่า 100 กม.—และหนาแน่น ชั้นนี้ไม่เสถียรเนื่องจากแรงโน้มถ่วงและอาจแตกตัวเป็นก้อนจำนวนมาก ซึ่งในที่สุดก็ยุบตัวลงกลายเป็นดาวเคราะห์น้อย[ 2 ] [ 28 ]อย่างไรก็ตาม ความเร็วที่แตกต่างกันของจานก๊าซและของแข็งใกล้ระนาบกลางสามารถสร้างความปั่นป่วนซึ่งป้องกันไม่ให้ชั้นนั้นบางพอที่จะแตกตัวเนื่องจากความไม่เสถียรของแรงโน้มถ่วง[ 55 ]สิ่งนี้อาจจำกัดการก่อตัวของดาวเคราะห์น้อยผ่านความไม่เสถียรของแรงโน้มถ่วงไปยังตำแหน่งเฉพาะในจานที่มีความเข้มข้นของของแข็งเพิ่มขึ้น[ 56 ]

กลไกที่เป็นไปได้อีกประการหนึ่งสำหรับการก่อตัวของดาวเคราะห์น้อยคือความไม่เสถียรของการไหลซึ่งแรงต้านที่อนุภาคได้รับขณะโคจรผ่านก๊าซจะสร้างผลป้อนกลับที่ทำให้เกิดการเติบโตของความเข้มข้นในท้องถิ่น ความเข้มข้นในท้องถิ่นเหล่านี้จะผลักกลับไปที่ก๊าซ ทำให้เกิดบริเวณที่แรงต้านที่อนุภาคได้รับมีขนาดเล็กกว่า ดังนั้นความเข้มข้นจึงสามารถโคจรได้เร็วขึ้นและมีการเคลื่อนที่ในแนวรัศมีน้อยลง อนุภาคที่แยกตัวจะเข้าร่วมความเข้มข้นเหล่านี้เมื่อถูกแซงหรือเมื่อเคลื่อนที่เข้าด้านใน ทำให้มวลเพิ่มขึ้น ในที่สุดความเข้มข้นเหล่านี้จะก่อตัวเป็นเส้นใยขนาดใหญ่ซึ่งแตกตัวและยุบตัวลงเนื่องจากแรงโน้มถ่วง ก่อตัวเป็นดาวเคราะห์น้อยที่มีขนาดเท่ากับดาวเคราะห์น้อยขนาดใหญ่[ 57 ]

การก่อตัวของดาวเคราะห์ยังสามารถถูกกระตุ้นได้จากความไม่เสถียรของแรงโน้มถ่วงภายในจานเอง ซึ่งนำไปสู่การแตกตัวเป็นก้อน บางส่วนของก้อนเหล่านี้ หากมีความหนาแน่นมากพอ จะยุบตัวลง [ 52 ] ซึ่งอาจนำไปสู่การก่อตัวอย่างรวดเร็วของ ดาวเคราะห์ แก๊สยักษ์และแม้แต่ดาวแคระน้ำตาลภายในระยะเวลา 1,000 ปี[ 58 ]หากก้อนเหล่านี้เคลื่อนตัวเข้าด้านในเมื่อการยุบตัวดำเนินไป แรงดึงดูดจากดาวฤกษ์อาจส่งผลให้มวลลดลง อย่างมาก ทำให้เหลือวัตถุที่มีขนาดเล็กกว่า[ 59 ] อย่างไรก็ตาม กลไกนี้เป็นไปได้เฉพาะในจานขนาดใหญ่ เท่านั้นซึ่งมีมวลมากกว่า 0.3  M☉เมื่อเปรียบเทียบกันแล้ว มวลของจานโดยทั่วไปอยู่ที่ 0.01–0.03  M☉เนื่องจากจานขนาดใหญ่นั้นหายาก กลไกการก่อตัวของดาวเคราะห์นี้จึงถือว่าเกิดขึ้นไม่บ่อยนัก[ 2 ] [ 22 ]ในทางกลับกัน มันอาจมีบทบาทสำคัญในการก่อตัวของดาวแคระน้ำตาล[ 60 ]

การชนกันของดาวเคราะห์น้อย—การสร้างดาวเคราะห์ (ภาพจำลองโดยศิลปิน)

การสลายตัวขั้นสุดท้ายของจานโปรโตแพลเนตารีถูกกระตุ้นด้วยกลไกที่แตกต่างกันหลายประการ ส่วนด้านในของจานจะถูกดูดกลืนโดยดาวฤกษ์หรือถูกขับออกโดยเจ็ตสองขั้ว[ 45 ] [ 46 ] ในขณะ ที่ส่วนด้านนอกสามารถระเหยไปได้ ภายใต้ รังสีUV ที่ทรงพลังของดาวฤกษ์ในช่วงระยะ T Tauri [ 61 ]หรือโดยดาวฤกษ์ใกล้เคียง[ 48 ]ก๊าซในส่วนกลางสามารถถูกดูดกลืนหรือถูกขับออกโดยดาวเคราะห์ที่กำลังเติบโต ในขณะที่อนุภาคฝุ่นขนาดเล็กจะถูกขับออกโดยแรงดันรังสีของดาวฤกษ์กลาง สิ่งที่เหลืออยู่สุดท้ายอาจเป็นระบบดาวเคราะห์ จานฝุ่นที่เหลืออยู่โดยไม่มีดาวเคราะห์ หรือไม่มีอะไรเลย หากดาวเคราะห์น้อยไม่ก่อตัวขึ้น[ 2 ]

เนื่องจากดาวเคราะห์น้อยมีจำนวนมากและกระจายอยู่ทั่วจานโปรโตแพลเนตารี บางส่วนจึงรอดพ้นจากการก่อตัวของระบบดาวเคราะห์ ดาวเคราะห์น้อยนั้นเข้าใจกันว่าเป็นดาวเคราะห์น้อยที่เหลืออยู่ ซึ่งค่อยๆ บดขยี้กันเองจนกลายเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อยลงเรื่อยๆ ในขณะที่ดาวหางมักจะเป็นดาวเคราะห์น้อยจากบริเวณที่ไกลออกไปของระบบดาวเคราะห์ อุกกาบาตเป็นตัวอย่างของดาวเคราะห์น้อยที่ตกลงสู่พื้นผิวของดาวเคราะห์ และให้ข้อมูลมากมายเกี่ยวกับการก่อตัวของระบบสุริยะ อุกกาบาตประเภทดั้งเดิมเป็นชิ้นส่วนของดาวเคราะห์น้อยมวลน้อยที่แตกกระจาย ซึ่งไม่มีการแยกตัว ทางความร้อน เกิดขึ้น ในขณะที่อุกกาบาตประเภทที่ผ่านกระบวนการแล้วเป็นชิ้นส่วนจากดาวเคราะห์น้อยมวลมากที่แตกกระจาย[ 62 ]วัตถุระหว่างดวงดาวอาจถูกจับและกลายเป็นส่วนหนึ่งของระบบสุริยะในยุคแรกเริ่ม[ 63 ]

การก่อตัวของดาวเคราะห์

ดาวเคราะห์หิน

ตามแบบจำลองจานเนบิวลาสุริยะดาวเคราะห์หินก่อตัวขึ้นในส่วนด้านในของจานโปรโตแพลเนตารี ภายในเส้นน้ำแข็งซึ่งมีอุณหภูมิสูงพอที่จะป้องกันการควบแน่นของน้ำแข็งและสารอื่นๆ ลงในเม็ด[ 64 ]ส่งผลให้เกิดการรวมตัวของเม็ดหินล้วนๆ และต่อมาก็ก่อตัวเป็นดาวเคราะห์น้อยหิน[ c ] [ 64 ]เชื่อกันว่าสภาวะดังกล่าวมีอยู่จริงในส่วน 3–4 AU ด้านในของจานของดาวฤกษ์ที่คล้ายดวงอาทิตย์[ 2 ]

หลังจากที่ดาวเคราะห์น้อยขนาดเล็ก—ประมาณ 1 กิโลเมตรในเส้นผ่านศูนย์กลาง—ก่อตัวขึ้นด้วยวิธีใดวิธีหนึ่งการสะสมมวลแบบควบคุมไม่ได้ก็เริ่มต้นขึ้น[ 20 ]เรียกว่าแบบควบคุมไม่ได้เพราะอัตราการเติบโตของมวลเป็นสัดส่วนกับR 4 ~M 4/3โดยที่ R และ M คือรัศมีและมวลของวัตถุที่กำลังเติบโตตามลำดับ[ 65 ]การเติบโตจำเพาะ (หารด้วยมวล) จะเร่งขึ้นเมื่อมวลเพิ่มขึ้น ซึ่งนำไปสู่การเติบโตของวัตถุขนาดใหญ่มากกว่าวัตถุขนาดเล็ก[ 20 ]การสะสมมวลแบบควบคุมไม่ได้นี้กินเวลาระหว่าง 10,000 ถึง 100,000 ปี และสิ้นสุดลงเมื่อวัตถุที่ใหญ่ที่สุดมีเส้นผ่านศูนย์กลางเกินประมาณ 1,000 กิโลเมตร[ 20 ]การชะลอตัวของการสะสมมวลเกิดจากการรบกวนของแรงโน้มถ่วงจากวัตถุขนาดใหญ่ที่มีต่อดาวเคราะห์น้อยที่เหลืออยู่[ 20 ] [ 65 ]นอกจากนี้ อิทธิพลของวัตถุขนาดใหญ่ยังหยุดการเติบโตของวัตถุขนาดเล็กอีกด้วย[ 20 ]

ขั้นตอนต่อไปเรียกว่าการสะสมมวลแบบโอลิการ์ค [ 20 ] มีลักษณะเด่นคือการครอบงำของวัตถุขนาดใหญ่หลายร้อยชิ้น—โอลิการ์ค—ซึ่งยังคงสะสมดาวเคราะห์น้อยอย่างช้าๆ ต่อไป[ 20 ]ไม่มีวัตถุอื่นใดนอกจากโอลิการ์คที่สามารถเติบโตได้[ 65 ]ในขั้นตอนนี้ อัตราการสะสมมวลเป็นสัดส่วนกับ R 2ซึ่งได้มาจากภาคตัดขวางทาง เรขาคณิต ของโอลิการ์ค[ 65 ]อัตราการสะสมมวลจำเพาะเป็นสัดส่วนกับM −1/3และลดลงตามมวลของวัตถุ ซึ่งทำให้โอลิการ์คขนาดเล็กสามารถไล่ตามโอลิการ์คขนาดใหญ่ได้ทัน กลุ่มดาวเคราะห์น้อยโอลิการ์ชจะอยู่ห่างกันประมาณ10·H r ( H r = a(1-e)(M/3M s ) 1/3คือรัศมีฮิลล์โดยที่ a คือแกนกึ่งเอกฐาน e คือความเยื้องศูนย์กลางของวงโคจรและ M sคือมวลของดาวฤกษ์ศูนย์กลาง) ด้วยอิทธิพลของดาวเคราะห์น้อยที่เหลืออยู่[ 20 ]ความเยื้องศูนย์กลางและความเอียงของวงโคจรของพวกมันยังคงมีขนาดเล็ก กลุ่มดาวเคราะห์น้อยโอลิการ์ชจะยังคงสะสมมวลต่อไปจนกว่าดาวเคราะห์น้อยจะหมดไปในจานรอบ ๆ พวกมัน[ 20 ]บางครั้งกลุ่มดาวเคราะห์น้อยโอลิการ์ชที่อยู่ใกล้เคียงจะรวมตัวกัน มวลสุดท้ายของกลุ่มดาวเคราะห์น้อยโอลิการ์ชขึ้นอยู่กับระยะห่างจากดาวฤกษ์และความหนาแน่นของพื้นผิวของดาวเคราะห์น้อย และเรียกว่ามวลการแยกตัว[ 65 ]สำหรับดาวเคราะห์หิน มวลการแยกตัวจะสูงถึง0.1  M 🜨หรือมวลของดาวอังคาร หนึ่งดวง [ 2 ]ผลลัพธ์สุดท้ายของระยะโอลิการ์คิกคือการก่อตัวของ เอ็มบริโอของดาวเคราะห์ขนาดเท่า ดวงจันทร์ถึงดาวอังคารประมาณ 100 ดวง ซึ่งกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอที่ระยะประมาณ10 ·H r [ 21 ]เชื่อกันว่าเอ็มบริโอเหล่านี้อาศัยอยู่ภายในช่องว่างในจานและถูกคั่นด้วยวงแหวนของดาวเคราะห์น้อยที่เหลืออยู่ ระยะนี้เชื่อกันว่ากินเวลาหลายแสนปี[ 2 ] [ 20 ]

ขั้นตอนสุดท้ายของการก่อตัวของดาวเคราะห์หินคือขั้นตอนการรวมตัว [ 2 ] มันเริ่มต้นเมื่อเหลือดาวเคราะห์น้อยเพียงจำนวนเล็กน้อย และตัวอ่อนมีมวลมากพอที่จะรบกวนซึ่งกันและกัน ทำให้วงโคจรของพวกมันกลายเป็นความวุ่นวาย[ 21 ]ในระหว่างขั้นตอนนี้ ตัวอ่อนจะขับไล่ดาวเคราะห์น้อยที่เหลืออยู่ และชนกันเอง ผลลัพธ์ของกระบวนการนี้ ซึ่งกินเวลา 10 ถึง 100 ล้านปี คือการก่อตัวของวัตถุขนาดเท่าโลกจำนวนจำกัด การจำลองแสดงให้เห็นว่าจำนวนดาวเคราะห์ที่รอดชีวิตโดยเฉลี่ยอยู่ที่ 2 ถึง 5 ดวง[ 2 ] [ 21 ] [ 62 ] [ 66 ]ในระบบสุริยะ ดาวเคราะห์เหล่านี้อาจแทนด้วยโลกและดาวศุกร์ [ 21 ] การก่อตัวของดาวเคราะห์ทั้งสองดวงต้องอาศัยการรวมตัวของตัวอ่อนประมาณ 10–20 ตัว ในขณะที่ตัวอ่อนจำนวนเท่ากันถูกขับไล่ออกจากระบบสุริยะ[ 62 ]เชื่อกันว่าเอ็มบริโอบางส่วนซึ่งมีต้นกำเนิดมาจากแถบดาวเคราะห์น้อย ได้นำน้ำมาสู่โลก [ 64 ]ดาวอังคารและดาวพุธอาจถือได้ว่าเป็นเอ็มบริโอที่เหลืออยู่ซึ่งรอดพ้นจากการแข่งขันนั้น[ 62 ]ดาวเคราะห์หินที่สามารถรวมตัวกันได้ในที่สุดก็จะโคจรเข้าสู่วงโคจรที่ค่อนข้างเสถียร ซึ่งอธิบายได้ว่าทำไมระบบดาวเคราะห์จึงมักมีความหนาแน่นถึงขีดจำกัด หรือกล่าวอีกนัยหนึ่งคือ ทำไมพวกมันจึงดูเหมือนจะอยู่บนขอบเหวแห่งความไม่เสถียรอยู่เสมอ[ 21 ]

ดาวเคราะห์ยักษ์

จานฝุ่นรอบดาวโฟมัลฮาวท์ซึ่งเป็นดาวฤกษ์ที่สว่างที่สุดในกลุ่มดาวปลาใต้ ความไม่สมมาตรของจานอาจเกิดจากดาวเคราะห์ยักษ์ (หรือหลายดวง) โคจรรอบดาวฤกษ์ดวงนี้

การก่อตัวของดาวเคราะห์ยักษ์เป็นปัญหาสำคัญในวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์[ 22 ]ในกรอบของแบบจำลองเนบิวลาสุริยะ มีทฤษฎีสองทฤษฎีสำหรับการก่อตัวของดาวเคราะห์ยักษ์ ทฤษฎีแรกคือแบบจำลองความไม่เสถียรของจานซึ่งดาวเคราะห์ยักษ์ก่อตัวขึ้นในจานโปรโตแพลนตารีมวลมากอันเป็นผลมาจากการแตกตัวเนื่องจากแรงโน้มถ่วง (ดูข้างต้น) [ 58 ]ความเป็นไปได้ที่สองคือแบบจำลองการสะสมแกนกลางซึ่งเรียกอีกอย่างว่าแบบจำลองความไม่เสถียรแบบนิวเคลียส [ 22 ] [ 34 ] สถานการณ์หลังนี้ถือว่ามีแนวโน้มมากที่สุด เพราะสามารถอธิบายการก่อตัวของดาวเคราะห์ยักษ์ในจานที่มีมวลค่อนข้างต่ำ (น้อยกว่า 0.1  M ) [ 34 ]ในแบบจำลองนี้ การก่อตัวของดาวเคราะห์ยักษ์แบ่งออกเป็นสองขั้นตอน: ก) การสะสมแกนกลางที่มีมวลประมาณ10  M 🜨และ ข) การสะสมก๊าซจากจานโปรโตแพลนตารี[ 2 ] [ 22 ] [ 67 ]ทั้งสองวิธีอาจนำไปสู่การสร้างดาวแคระน้ำตาลได้ เช่นกัน [ 31 ] [ 68 ]การค้นหาข้อมูล ณ ปี 2011 พบว่าการสะสมแกนกลางน่าจะเป็นกลไกการก่อตัวหลัก[ 68 ]

เชื่อกันว่าการก่อตัวของแกนกลางดาวเคราะห์ยักษ์ดำเนินไปตามแนวทางการก่อตัวของดาวเคราะห์ภาคพื้นดินโดยประมาณ[ 20 ]เริ่มต้นด้วยดาวเคราะห์น้อยที่เติบโตอย่างรวดเร็ว ตามด้วยระยะโอลิการ์คิกที่ช้าลง[ 65 ]สมมติฐานไม่ได้ทำนายถึงระยะการรวมตัว เนื่องจากความน่าจะเป็นต่ำของการชนกันระหว่างตัวอ่อนดาวเคราะห์ในส่วนนอกของระบบดาวเคราะห์[ 65 ]ความแตกต่างเพิ่มเติมคือองค์ประกอบของดาวเคราะห์น้อย ซึ่งในกรณีของดาวเคราะห์ยักษ์จะก่อตัวขึ้นเหนือ เส้นน้ำแข็งที่เรียกว่าและประกอบด้วยน้ำแข็งเป็นส่วนใหญ่ โดยอัตราส่วนน้ำแข็งต่อหินอยู่ที่ประมาณ 4 ต่อ 1 [ 29 ]สิ่งนี้ทำให้มวลของดาวเคราะห์น้อยเพิ่มขึ้นสี่เท่า อย่างไรก็ตาม เนบิวลามวลขั้นต่ำที่สามารถก่อตัวเป็นดาวเคราะห์ภาคพื้นดินได้นั้น สามารถสร้างแกนกลางได้เพียง1–2  M 🜨ที่ระยะห่างของดาวพฤหัสบดี (5 AU) ภายใน 10 ล้านปี[ 65 ]ตัวเลขหลังนี้แสดงถึงอายุเฉลี่ยของจานก๊าซรอบดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์[ 17 ]วิธีแก้ปัญหาที่เสนอ ได้แก่ การเพิ่มมวลของจาน – การเพิ่มขึ้นสิบเท่าก็เพียงพอแล้ว[ 65 ]การเคลื่อนย้ายของโปรโตแพลนต์ ซึ่งช่วยให้เอ็มบริโอสามารถสะสมดาวเคราะห์น้อยได้มากขึ้น[ 29 ]และสุดท้ายคือการเพิ่มการสะสมเนื่องจากแรงต้านของก๊าซในชั้นบรรยากาศของเอ็มบริโอ[ 29 ] [ 32 ] [ 69 ]การผสมผสานของแนวคิดข้างต้นอาจอธิบายการก่อตัวของแกนกลางของดาวเคราะห์ยักษ์ก๊าซ เช่นดาวพฤหัสบดีและอาจรวมถึงดาวเสาร์ด้วย[ 22 ]การก่อตัวของดาวเคราะห์เช่นยูเรนัสและเนปจูนนั้นซับซ้อนกว่า เนื่องจากไม่มีทฤษฎีใดที่สามารถอธิบายการก่อตัวของแกนกลางของพวกมันในระยะห่าง 20–30 AU จากดาวฤกษ์ศูนย์กลางได้[ 2 ]สมมติฐานหนึ่งคือพวกมันเริ่มแรกสะสมตัวในบริเวณดาวพฤหัสบดี-ดาวเสาร์ จากนั้นก็กระจัดกระจายและเคลื่อนย้ายไปยังตำแหน่งปัจจุบัน[ 70 ]วิธีแก้ปัญหาที่เป็นไปได้อีกวิธีหนึ่งคือการเติบโตของแกนกลางของดาวเคราะห์ยักษ์ผ่านการสะสมของก้อนกรวดในการสะสมตัวของก้อนกรวด วัตถุที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางระหว่าง 1 เซนติเมตรถึง 1 เมตรที่ตกลงมาเข้าหาวัตถุขนาดใหญ่จะถูกชะลอความเร็วลงมากพอด้วยแรงต้านของแก๊ส ทำให้พวกมันหมุนวนเข้าหาวัตถุนั้นและถูกสะสมตัว การเติบโตผ่านการสะสมตัวของก้อนกรวดอาจเร็วกว่าการสะสมตัวของดาวเคราะห์น้อยถึง 1,000 เท่า[ 71 ]

เมื่อแกนกลางมีมวลมากพอ ( 5–10  M 🜨 ) พวกมันจะเริ่มสะสมก๊าซจากจานรอบข้าง[ 2 ]ในตอนแรกมันเป็นกระบวนการที่ช้า โดยมวลของแกนกลางจะเพิ่มขึ้นถึง30  M 🜨ในเวลาไม่กี่ล้านปี[ 29 ] [ 69 ]หลังจากนั้น อัตราการสะสมจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก และมวลที่เหลืออีก 90% จะสะสมในเวลาประมาณ 10,000 ปี[ 69 ]การสะสมก๊าซจะหยุดลงเมื่อก๊าซจากจานหมดลง[ 67 ]สิ่งนี้เกิดขึ้นอย่างค่อยเป็นค่อยไป เนื่องจากการก่อตัวของช่องว่างความหนาแน่นในจานโปรโตแพลนเทียร์และการกระจายตัวของจาน[ 34 ] [ 72 ]ในแบบจำลองนี้ ดาวเคราะห์ยักษ์น้ำแข็ง—ยูเรนัสและเนปจูน—เป็นแกนกลางที่ล้มเหลวซึ่งเริ่มการสะสมก๊าซช้าเกินไป เมื่อก๊าซเกือบทั้งหมดหายไปแล้ว ระยะหลังการสะสมก๊าซที่ควบคุมไม่ได้นั้นมีลักษณะเฉพาะคือการเคลื่อนย้ายของดาวเคราะห์ยักษ์ที่เพิ่งก่อตัวขึ้นและการสะสมก๊าซอย่างช้าๆ อย่างต่อเนื่อง[ 72 ]การเคลื่อนย้ายเกิดจากการปฏิสัมพันธ์ของดาวเคราะห์ที่อยู่ในช่องว่างกับจานที่เหลืออยู่ การเคลื่อนย้ายจะหยุดลงเมื่อจานดาวเคราะห์ก่อนเกิดหายไปหรือเมื่อถึงจุดสิ้นสุดของจาน กรณีหลังนี้สอดคล้องกับสิ่งที่เรียกว่าดาวพฤหัสบดีร้อนซึ่งมีแนวโน้มที่จะหยุดการเคลื่อนย้ายเมื่อพวกมันไปถึงรูด้านในในจานดาวเคราะห์ก่อนเกิด[ 72 ]

ในระหว่างการสะสมของก๊าซผ่านกระแส ดาวเคราะห์ยักษ์สามารถถูกล้อมรอบด้วยจานรอบดาวเคราะห์จานรอบดาวเคราะห์นี้ยังบรรจุของแข็งและสามารถก่อตัวเป็นดาวบริวารได้ เชื่อกันว่า ดวงจันทร์กาลิเลียนก่อตัวขึ้นในจานรอบดาวเคราะห์ดังกล่าว[ 67 ]

ในภาพจำลองนี้ ดาวเคราะห์ดวงหนึ่งโคจรผ่านช่องว่างในจานฝุ่นที่ก่อตัวเป็นดาวเคราะห์ของดาวฤกษ์ใกล้เคียง

ดาวเคราะห์ยักษ์สามารถส่งผลกระทบอย่างมากต่อ การก่อตัว ของดาวเคราะห์ภาคพื้นดินการมีอยู่ของดาวเคราะห์ยักษ์มีแนวโน้มที่จะเพิ่มความเยื้องศูนย์และความเอียง (ดูกลไก Kozai ) ของดาวเคราะห์ขนาดเล็กและตัวอ่อนในบริเวณดาวเคราะห์ภาคพื้นดิน (ภายใน 4 AU ในระบบสุริยะ) [ 62 ] [ 66 ]หากดาวเคราะห์ยักษ์ก่อตัวเร็วเกินไป พวกมันสามารถชะลอหรือขัดขวางการรวมตัวของดาวเคราะห์ชั้นในได้ หากพวกมันก่อตัวใกล้สิ้นสุดระยะโอลิการ์คิก ดังที่คิดว่าเกิดขึ้นในระบบสุริยะ พวกมันจะส่งผลต่อการรวมตัวของตัวอ่อนดาวเคราะห์ ทำให้การรวมตัวรุนแรงขึ้น[ 62 ]ผลที่ตามมาคือ จำนวนดาวเคราะห์ภาคพื้นดินจะลดลงและจะมีมวลมากขึ้น[ 73 ]นอกจากนี้ ขนาดของระบบจะหดตัวลง เนื่องจากดาวเคราะห์ภาคพื้นดินจะก่อตัวใกล้กับดาวฤกษ์ศูนย์กลางมากขึ้น อิทธิพลของดาวเคราะห์ยักษ์ในระบบสุริยะ โดยเฉพาะอย่างยิ่งของดาวพฤหัสบดีเชื่อว่ามีจำกัด เนื่องจากพวกมันอยู่ค่อนข้างไกลจากดาวเคราะห์ภาคพื้นดิน[ 73 ]

บริเวณของระบบดาวเคราะห์ที่อยู่ติดกับดาวเคราะห์ยักษ์จะได้รับอิทธิพลในรูปแบบที่แตกต่างกัน[ 66 ]ในบริเวณดังกล่าว ความเยื้องศูนย์ของเอ็มบริโออาจมีขนาดใหญ่มากจนเอ็มบริโอเคลื่อนที่เข้าใกล้ดาวเคราะห์ยักษ์ ซึ่งอาจทำให้เอ็มบริโอถูกขับออกจากระบบ[ d ] [ 62 ] [ 66 ]หากเอ็มบริโอทั้งหมดถูกกำจัดออกไป จะไม่มีดาวเคราะห์ก่อตัวขึ้นในบริเวณนี้[ 66 ]ผลที่ตามมาอีกประการหนึ่งคือ ดาวเคราะห์น้อยจำนวนมากจะยังคงอยู่ เนื่องจากดาวเคราะห์ยักษ์ไม่สามารถกำจัดพวกมันทั้งหมดออกไปได้โดยปราศจากความช่วยเหลือจากเอ็มบริโอ มวลรวมของดาวเคราะห์น้อยที่เหลืออยู่จะมีขนาดเล็ก เนื่องจากผลรวมของการกระทำของเอ็มบริโอก่อนการถูกขับออกและดาวเคราะห์ยักษ์ยังคงแข็งแกร่งพอที่จะกำจัดวัตถุขนาดเล็กได้ถึง 99% [ 62 ]ในที่สุดภูมิภาคดังกล่าวจะพัฒนาเป็นแถบดาวเคราะห์น้อยซึ่งเป็นแบบจำลองเต็มรูปแบบของแถบดาวเคราะห์น้อยในระบบสุริยะ ซึ่งตั้งอยู่ห่างจากดวงอาทิตย์ 2 ถึง 4 AU [ 62 ] [ 66 ]

ดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ

ในช่วงยี่สิบปีที่ผ่านมามีการค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะหลายพันดวง และยังมีอีกอย่างน้อยหลายพันล้านดวงในจักรวาลที่เราสังเกตได้ซึ่งยังไม่ถูกค้นพบ[ 74 ]วงโคจรของดาวเคราะห์และระบบดาวเคราะห์เหล่านี้จำนวนมากแตกต่างจากดาวเคราะห์ในระบบสุริยะอย่างมีนัยสำคัญ ดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะที่ถูกค้นพบ ได้แก่ ดาวพฤหัสบดีร้อน ดาวพฤหัสบดีอุ่น ซูเปอร์เอิร์ธ และระบบดาวเคราะห์ชั้นในที่อัดแน่น

เชื่อกันว่าดาวเคราะห์ประเภทดาวพฤหัสบดีร้อนและดาวพฤหัสบดีอุ่นเคลื่อนที่มายังวงโคจรปัจจุบันระหว่างหรือหลังการก่อตัว มีกลไกที่เป็นไปได้หลายอย่างสำหรับการเคลื่อนที่นี้ การเคลื่อนที่แบบที่ 1 หรือแบบที่ 2 อาจทำให้กึ่งแกนเอกของวงโคจรของดาวเคราะห์ลดลงอย่างราบรื่น ส่งผลให้เกิดดาวพฤหัสบดีอุ่นหรือดาวพฤหัสบดีร้อน การกระเจิงของแรงโน้มถ่วงจากดาวเคราะห์ดวงอื่นไปยังวงโคจรวงรีที่มีจุดใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุดอยู่ใกล้ดาวฤกษ์ ตามด้วยการปรับวงโคจรให้เป็นวงกลมเนื่องจากปฏิกิริยาของแรงดึงดูดกับดาวฤกษ์ สามารถทำให้ดาวเคราะห์อยู่ในวงโคจรใกล้ดาวฤกษ์ได้ หากมีดาวเคราะห์หรือดาวฤกษ์ขนาดใหญ่ที่มีวงโคจรเอียงอยู่ การแลกเปลี่ยนความเอียงกับความเยื้องศูนย์ผ่านกลไกของโคไซซึ่งจะเพิ่มความเยื้องศูนย์และลดจุดใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุด ตามด้วยการปรับวงโคจรให้เป็นวงกลม ก็สามารถส่งผลให้เกิดวงโคจรใกล้ดาวฤกษ์ได้เช่นกัน ดาวเคราะห์ขนาดเท่าดาวพฤหัสบดีหลายดวงมีวงโคจรวงรี ซึ่งอาจบ่งชี้ว่ามีการปะทะกันทางแรงโน้มถ่วงระหว่างดาวเคราะห์ แม้ว่าการเคลื่อนที่ในขณะที่อยู่ในภาวะเรโซแนนซ์ก็สามารถกระตุ้นให้เกิดความเยื้องศูนย์ได้เช่นกัน[ 75 ]การเติบโตในสถานที่ของดาวพฤหัสบดีร้อนจากซูเปอร์เอิร์ธที่โคจรอย่างใกล้ชิดก็ได้รับการเสนอเช่นกัน แกนกลางในสมมติฐานนี้อาจก่อตัวขึ้นในท้องถิ่นหรือในระยะทางที่ไกลกว่าและเคลื่อนตัวเข้ามาใกล้ดาวฤกษ์[ 76 ]

เชื่อกันว่าซูเปอร์เอิร์ธและดาวเคราะห์อื่นๆ ที่โคจรอย่างใกล้ชิดนั้นก่อตัวขึ้นในตำแหน่งเดิมหรือนอกตำแหน่งเดิม กล่าวคือ เคลื่อนที่เข้ามาจากตำแหน่งเริ่มต้น[ 77 ] การก่อตัวในตำแหน่งเดิมของซูเปอร์เอิร์ธที่โคจรอย่างใกล้ชิดนั้นจำเป็นต้องมีจานขนาดใหญ่ การเคลื่อนที่ของตัวอ่อนดาวเคราะห์ตามด้วยการชนและการรวมตัว หรือการเคลื่อนที่ในแนวรัศมีของของแข็งขนาดเล็กจากที่ไกลออกไปในจาน การเคลื่อนที่ของซูเปอร์เอิร์ธ หรือตัวอ่อนที่ชนกันเพื่อก่อตัวเป็นพวกมัน มีแนวโน้มที่จะเป็นประเภทที่ 1 เนื่องจากมีมวลน้อยกว่า วงโคจรแบบเรโซแนนซ์ของระบบดาวเคราะห์นอกระบบบางระบบบ่งชี้ว่ามีการเคลื่อนที่เกิดขึ้นในระบบเหล่านี้ ในขณะที่ระยะห่างของวงโคจรในระบบอื่นๆ อีกหลายระบบที่ไม่อยู่ในสภาวะเรโซแนนซ์บ่งชี้ว่าอาจเกิดความไม่เสถียรขึ้นในระบบเหล่านั้นหลังจากที่จานก๊าซสลายไป การไม่มีซูเปอร์เอิร์ธและดาวเคราะห์ที่โคจรอย่างใกล้ชิดในระบบสุริยะอาจเป็นเพราะการก่อตัวของดาวพฤหัสบดีก่อนหน้านี้ขัดขวางการเคลื่อนที่เข้ามาของพวกมัน[ 78 ]

ปริมาณก๊าซที่ซูเปอร์เอิร์ธที่ก่อตัวขึ้นในบริเวณนั้นได้รับ อาจขึ้นอยู่กับเวลาที่ตัวอ่อนของดาวเคราะห์รวมตัวกันเนื่องจากการชนกันครั้งใหญ่เมื่อเทียบกับการสลายตัวของจานก๊าซ หากการรวมตัวเกิดขึ้นหลังจากจานก๊าซสลายตัว ดาวเคราะห์ภาคพื้นดินก็สามารถก่อตัวขึ้นได้ หากอยู่ในจานเปลี่ยนผ่าน ซูเปอร์เอิร์ธที่มีชั้นก๊าซห่อหุ้มซึ่งมีมวลเพียงไม่กี่เปอร์เซ็นต์ของมวลทั้งหมดก็อาจก่อตัวขึ้นได้ หากการรวมตัวเกิดขึ้นเร็วเกินไป อาจเกิดการสะสมก๊าซอย่างรวดเร็วซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของดาวเคราะห์ยักษ์ก๊าซ การรวมตัวจะเริ่มต้นขึ้นเมื่อแรงเสียดทานทางพลศาสตร์เนื่องจากจานก๊าซไม่เพียงพอที่จะป้องกันการชนกัน ซึ่งกระบวนการนี้จะเริ่มต้นเร็วกว่าในจานที่มีโลหะ สูงกว่า [ 79 ]หรืออีกทางหนึ่ง การสะสมก๊าซอาจถูกจำกัดเนื่องจากชั้นห่อหุ้มไม่ได้อยู่ในสมดุลอุทกสถิตแต่ก๊าซอาจไหลผ่านชั้นห่อหุ้มทำให้การเติบโตช้าลงและชะลอการเริ่มต้นของการสะสมก๊าซอย่างรวดเร็วจนกว่ามวลของแกนกลางจะถึง 15 เท่าของมวลโลก[ 80 ]

ความหมายของการสะสม

การใช้คำว่า " จานสะสมมวล " สำหรับจานดาวเคราะห์ก่อนกำเนิดทำให้เกิดความสับสนเกี่ยวกับ กระบวนการ สะสมมวลของดาวเคราะห์บางครั้งจานดาวเคราะห์ก่อนกำเนิดถูกเรียกว่าจานสะสมมวล เนื่องจากในขณะที่ดาวฤกษ์ก่อน กำเนิดที่มีลักษณะคล้าย T Tauriยังคงหดตัว วัสดุก๊าซอาจยังคงตกลงมาบนดาวฤกษ์นั้น สะสมมวลบนพื้นผิวจากขอบด้านในของจาน[ 40 ]ในจานสะสมมวล จะมีการไหลของมวลสุทธิจากรัศมีที่ใหญ่กว่าไปยังรัศมีที่เล็กกว่า[ 23 ]

อย่างไรก็ตาม ความหมายนั้นไม่ควรสับสนกับกระบวนการสะสมตัวที่ก่อให้เกิดดาวเคราะห์ ในบริบทนี้ การสะสมตัวหมายถึงกระบวนการที่อนุภาคฝุ่นและน้ำแข็งที่เย็นตัวและแข็งตัวโคจรรอบดาวฤกษ์แรกเริ่มในจานดาวเคราะห์แรกเริ่ม ชนกันและเกาะติดกัน และค่อยๆ เติบโตขึ้นเรื่อยๆ จนกระทั่งรวมถึงการชนกันที่มีพลังงานสูงระหว่างดาวเคราะห์ ขนาด เล็ก [ 20 ]

นอกจากนี้ดาวเคราะห์ยักษ์น่าจะมีจานสะสมมวลของตัวเองในความหมายแรกของคำ[ 81 ]เมฆของก๊าซไฮโดรเจนและฮีเลียมที่ถูกจับไว้จะหดตัว หมุนขึ้น แบนราบ และสะสมก๊าซลงบนพื้นผิวของดาวเคราะห์ ยักษ์แต่ละ ดวง ในขณะที่วัตถุแข็งภายในจานนั้นจะสะสมตัวกลายเป็นดวงจันทร์ปกติของดาวเคราะห์ยักษ์[ 82 ]

ดูเพิ่มเติม

หมายเหตุ

  1. ^เปรียบเทียบกับความหนาแน่นของจำนวนอนุภาคในอากาศที่ระดับน้ำทะเล—2.8 × 10 19  cm −3 .
  2. ดาว T Tauri เป็นดาวอายุน้อยที่มีมวลน้อยกว่าประมาณ 2.5  M☉ซึ่งแสดงระดับกิจกรรมที่สูงขึ้น พวกมันถูกแบ่งออกเป็นสองประเภท ได้แก่ ดาว T Tauri ที่มีเส้นสเปกตรัมอ่อน และดาว T Tauri แบบคลาสสิก [ 43 ] ประเภทหลังมีจานสะสมมวลและยังคงสะสมก๊าซร้อน ซึ่งแสดงออกมาในรูปของเส้นสเปกตรัมการปล่อยแสงที่รุนแรงในสเปกตรัมของพวกมัน ส่วนประเภทแรกไม่มีจานสะสมมวล ดาว T Tauri แบบคลาสสิกจะวิวัฒนาการไปเป็นดาว T Tauri ที่มีเส้นสเปกตรัมอ่อน [ 44 ]
  3. ^ดาวเคราะห์น้อยที่อยู่ใกล้ขอบด้านนอกของบริเวณดาวเคราะห์ภาคพื้นดิน—2.5 ถึง 4 AU จากดวงอาทิตย์—อาจสะสมน้ำแข็งได้บ้าง อย่างไรก็ตาม หินจะยังคงเป็นส่วนใหญ่ เช่นเดียวกับในแถบหลักด้านนอกของระบบสุริยะ [ 64 ]
  4. ^ในอีกรูปแบบหนึ่ง พวกมันอาจชนกับดาวฤกษ์ศูนย์กลางหรือดาวเคราะห์ยักษ์ได้

ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Nebular_hypothesis&oldid=1360695792#Formation_of_planets "

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ สมมติฐานเนบิวลา

สมมติฐานเนบิวลาเป็นแบบจำลองที่ได้รับการยอมรับมากที่สุดในสาขาจักรวาลวิทยาเพื่ออธิบายการก่อตัวและวิวัฒนาการของระบบสุริยะ (รวมถึงระบบดาวเคราะห์ อื่นๆ ด้วย )

ประวัติศาสตร์

มีหลักฐานว่า เอ็มมานูเอล สวีเดนบอร์ก เสนอทฤษฎีเนบิวลาบางส่วนเป็นครั้งแรกในปี 1734 [ 5 ] [ 6 ] อิมมานูเอล คานต์ ผู้คุ้นเคยกับงานของสวีเดนบอร์ก ได้พัฒนาทฤษฎีนี้ต่อไปในปี 1755 โดยตีพิมพ์หนังสือ ประวัติศาสตร์ธรรมชาติสากลและทฤษฎีแห่งท้องฟ้า ของเขาเอง...

ความสำเร็จ

กระบวนการก่อตัวของดาวฤกษ์ส่งผลให้เกิด จานสะสมมวล รอบวัตถุดาวฤกษ์ อายุน้อยโดยธรรมชาติ [ 16 ] เมื่ออายุประมาณ 1 ล้านปี ดาวฤกษ์ 100% อาจมีจานดังกล่าว [ 17 ] ข้อสรุปนี้ได้รับการสนับสนุนจากการค้นพบจานก๊าซและฝุ่นรอบ ดาวฤกษ์แรกเริ่ม และ ดาวฤกษ์ T Tauri...

ประเด็นปัจจุบัน

ฟิสิกส์ของจานสะสมมวลพบปัญหาบางประการ [ 22 ] ปัญหาที่สำคัญที่สุดคือวัสดุที่ถูกสะสมโดยดาวฤกษ์แรกเริ่มสูญเสีย โมเมนตัมเชิงมุมได้ อย่างไร คำอธิบายที่เป็นไปได้ประการหนึ่งที่เสนอโดย Hannes Alfvén คือโมเมนตัมเชิงมุมถูกปลดปล่อยโดยลมสุริยะในช่วง ระยะ ดาวฤกษ์ T Tauri...