The planetary goliath Jupiter formed some 3.5 times farther from the Sun than it is now, but its journey inward only took about 700,000 years.
If there’s one thing we known from the slew of exoplanets detected over the past few decades, it’s that giant planets are not afraid to cozy up to their stars. However, because the region near an active young star is not the ideal place to build large planets, astronomers tend to think oversized exoplanets first form far from their host stars before migrating inward as they age.
Now, new research suggests the biggest planet in our solar system, Jupiter, likely underwent its own great migration early in its life. And it turns out it was quite the trip.
According to the study, which has been accepted for publication in the journal Astronomy & Astrophysics, although Jupiter now sits an average distance of 5.2 astronomical units from the Sun (1 AU is the average Earth-Sun distance), the core of the gas giant likely formed some 18 AU away. That’s about twice as far as present-day Saturn is from the Sun. Furthermore, Jupiter apparently made the entire journey in less than about a million years, which is just a blink of the eye in astronomical terms.
Although the idea of a wandering Jupiter is not new, “This is the first time we have proof that Jupiter was formed a long way from the Sun and then migrated to its current orbit,” said lead author Simona Pirani, a doctoral student at Lund University, in a press release. “We found evidence of the migration in the Trojan asteroids orbiting close to Jupiter.”
Meet the Trojans
Jupiter’s Trojan asteroids are a mysterious bunch. Sharing an orbit with the giant planet, these dark and reddish bodies are divided into two main groups: the “Greek Camp,” which leads Jupiter, and the “Trojan Camp,” which trails behind.
Though the Minor Planet Center database currently lists 7,190 known Jupiter Trojans, they are not divided equally between the two camps. Instead, according to a preprint of the study available on arXiv.org, the leading Greek Camp has anywhere between 40 and 100 percent more asteroids than the trailing Trojan Camp (the imbalance is more pronounced for smaller asteroids).
“The asymmetry has always been a mystery in the solar system,” said co-author Anders Johansen, a professor of astronomy at Lund University.
In order to investigate why Jupiter has more Trojans in its vanguard than at its flank, the researchers ran advanced computer simulations that marched the early solar system through millions of years of evolution by 50-day increments.
Based on numerous simulations, the researchers say the inward migration of the giant planets always resulted in a larger swarm of Trojans in front of Jupiter instead of behind it. This is due to the fact that as Jupiter travels inward, it creates a wider zone of gravitational stability ahead of the planet, leading to a surplus of Greek Camp asteroids. Other evolutionary models that rely on Jupiter forming in its current position, however, result in equal numbers of Trojans in both camps.
Additionally, the study shows that Jupiter’s great migration occurred pretty darn quick in cosmic terms. Within just a few million years of Jupiter beginning as a small, icy asteroid, the planet grew large enough to capture the majority of its Trojans. Then, over the next roughly 700,000 years, Jupiter and its tag-along Trojans made their push closer to the Sun, propelled by gravitational interactions between the fledgling gas giant and the young Sun’s protoplanetary disk.
But the Trojans aren’t just interesting because they drifted inward with Jupiter. According to the paper, „In our scenario explored here, the Jupiter Trojans are a primordial population in which Jupiter’s core formed. Therefore, they hold precious information about the building blocks of our giant planets’ cores.”
This means, Johansen said, “We can learn a lot about Jupiter’s core and formation from studying the Trojans.” And that’s exactly what an upcoming NASA mission plans to do.
Lucy in the sky
To help researchers better understand Jupiter’s Trojan asteroids — and by extension Jupiter’s mysterious core and the early solar system — NASA plans to launch the Lucy mission in October 2021. Named after a famed 3.2-million-year-old hominin fossil that helped us explore human evolution, Lucy is a Discovery-class robotic spacecraft that aims to shed light on how our solar system came to be.
Over the course of more than a decade, Lucy will venture out to the orbit of Jupiter to explore six different Trojans — targeting asteroids in both the Greek and Trojan camps — along with a main-belt asteroid for good measure.
With the help of Lucy, astronomers will soon explore the dim diamonds in the sky known as the Trojans asteroids. And because these ancient relics likely hold valuable information concerning Jupiter’s core and the infant solar system, the first results of the mission cannot come soon enough.
Goliatul planetar Jupiter s-a format la o distanță de aproximativ 3,5 ori mai mare față de Soare decât poziția sa actuală, iar călătoria sa spre interior a durat doar aproximativ 700.000 de ani.
Două populații de asteroizi primitivi cunoscuți ca asteroizii troieni se adună în puncte stabile de-a lungul căii orbitale a lui Jupiter. Dar o tabără are mai mulți membri decât cealaltă. Pentru a investiga această discrepanță, cercetătorii au derulat simulări de calculator avansate care au urmărit modul în care planetele uriașe s-au deplasat prin sistemul solar timpuriu, ajutându-i să determine ce scenariu de migrare se aliniază cel mai bine cu populațiile troiene pe care le vedem astăzi.
Dacă există un lucru pe care îl știm din multitudinea de exoplanete detectate în ultimele decenii, este că planetelor gigant nu le este frică să se apropie de stelele lor. Cu toate acestea, deoarece regiunea din apropierea unei stele tinere active nu este locul ideal pentru a construi planete mari, astronomii tind să creadă că exoplanetele supradimensionate se formează mai întâi departe de stelele gazdă înainte de a migra spre interior pe măsură ce îmbătrânesc.
Acum, noile cercetări sugerează că cea mai mare planetă din sistemul nostru solar, Jupiter, probabil că a suferit propria sa mare migrație la începutul vieții sale. Și se pare că a fost un pic de plimbare.
Potrivit studiului, care a fost acceptat pentru publicare în revista Astronomy & Astrophysics, deși acum Jupiter se află la o distanță medie de 5,2 unități astronomice față de Soare (1 UA este distanța medie Pământ-Soare), nucleul gigantului gazelor probabil s-a format la aproximativ 18 UA. Adică aproximativ de două ori mai departe decât este Saturn astăzi față de la Soare. În plus, Jupiter a făcut întreaga călătorie în mai puțin de un milion de ani, ceea ce este doar o clipire a ochiului în termeni astronomici.
Deși ideea unui Jupiter rătăcitor nu este nouă, „Este pentru prima dată când avem dovada că Jupiter a fost format departe de Soare și apoi a migrat pe orbita sa actuală”, a spus autorul principal Simona Pirani, doctorand la Lund University, într-un comunicat de presă. „Am găsit dovezi ale migrației la asteroizii troieni ce orbitează aproape de Jupiter.”
Faceți cunoștință cu troienii
Asteroizii troieni ai lui Jupiter sunt o adunătură misterioasă de bolovani. Împărtășind o orbită cu planeta uriașă, aceste corpuri întunecate și roșiatice sunt împărțite în două grupuri principale: „Tabăra greacă”, care conduce Jupiter, și „Tabăra troiană”, care se află ceva mai în urmă.
Fiecare planetă are un set de cinci puncte lagrangiene unde, obiecte mici precum asteroizii, pot menține poziții oarecum stabile în raport cu Soarele și planeta. „Tabăra greacă” de asteroizi din Jupiter stă în fața planetei la L4, în timp ce „Tabăra Troiană” a lui Jupiter urmează traseele L5.
(foto)
Deși în baza de date a Minor Planet Center figurează în prezent 7.190 de troieni Jupiter cunoscuți, aceștia nu sunt împărțiți în mod egal între cele două tabere. În schimb, potrivit unei înregistrări prealabile ale studiului disponibil pe arXiv.org, principalul lagăr grecesc are între 40 și 100 la sută mai mulți asteroizi decât tabăra troiană de ultimă oră (dezechilibrul este și mai accentuat pentru asteroizii mai mici).
„Asimetria a fost întotdeauna un mister în sistemul solar”, a declarat co-autor Anders Johansen, profesor de astronomie la Universitatea Lund.
Pentru a cerceta de ce Jupiter are mai mulți troieni în avangarda sa decât pe flancul său, cercetătorii au efectuat simulări avansate de computer care au marșat sistemul solar timpuriu prin milioane de ani de evoluție cu pași de 50 de zile.
Pe baza a numeroase simulări, cercetătorii spun că migrația interioară a planetelor uriașe a dus la un roi mai mare de troieni în fața lui Jupiter, în loc să se afle în spatele acestuia. Acest lucru se datorează faptului că, pe măsură ce Jupiter călătorește spre interior, creează o zonă mai largă de stabilitate gravitațională în fața planetei, ceea ce duce la un surplus de asteroizi din tabăra greacă. Alte modele evolutive care se bazează pe Jupiter care se formează în poziția sa actuală, rezultă totuși în număr egal de troieni în ambele tabere.
În plus, studiul arată că marea migrație a lui Jupiter s-a produs destul de brutal în termeni cosmici. În doar câteva milioane de ani de la nașterea planetei, ca un asteroid mic, înghețat, Jupiter a crescut suficient de mare pentru ai surprinde pe majoritatea troienilor săi. Apoi, în următorii aproximativ 700.000 de ani, Jupiter și troienii săi și-au făcut călătoria mai aproape de Soare, propulsați de interacțiuni gravitaționale dintre gigantul gazos pus pe fugă și discul protoplanetar ce înconjura tânărul nostru Soare.
Potrivit lucrării, „În scenariul explorat aici, troienii Jupiter sunt o populație primordială de asteroizi din care s-a format nucleul lui Jupiter. Prin urmare, aceștia dețin informații prețioase despre structura de bază ale nucleelor planetelor noastre uriașe.”
Johansen a mai spus că acest lucru înseamnă, că „Putem învăța multe despre nucleul și formarea lui Jupiter prin studierea troienilor.” Și asta este exact ce intenționează să facă o viitoare misiune NASA.
Lucy pe cer
Pentru a ajuta cercetătorii să înțeleagă mai bine asteroizii troieni ai lui Jupiter – și prin extensie nucleul misterios al lui Jupiter și sistemul solar timpuriu – NASA intenționează să lanseze misiunea Lucy în octombrie 2021. Numită după o faimoasă fosilă de hominină în vârstă de 3,2 milioane de ani, care ne-a ajutat să stabilim evoluția omului , Lucy este o navă spațială robotizată din clasa Discovery care își propune să arunce lumină asupra modului în care a ajuns sistemul nostru solar.
Această diagramă ilustrează calea pe care Lucy o va parcurge în timpul călătoriei sale de 12 ani, ceea ce o va duce aproape cu patru asteroizi L4, doi asteroizi L5 și un asteroid din centura principală.
(foto)
Pe parcursul a mai mult de un deceniu, Lucy se va aventura pe orbita de Jupiter pentru a explora șase troieni diferiți – vizați sunt asteroizi atât din lagărele grecești, cât și din cele troiene – împreună cu un asteroid din centura principală pentru o mai bună calibrare.
Cu ajutorul lui Lucy, astronomii vor explora în curând măruntele diamantele de pe cer cunoscute sub numele de asteroizii troieni. Și, pentru că aceste moaște străvechi dețin probabil informații valoroase cu privire la nucleul lui Jupiter și al sistemul solar timpuriu, primele rezultate ale misiunii sunt așteptate cu înfrigurare.
***
Mihail stories 