In der gesamten wissenschaftlichen Modellierung gehören die Modelle, die versuchen, die Entstehung von Planeten und Sonnensystemen zu replizieren, zu den kompliziertesten. Sie sind auch notorisch schwer zu entwickeln. Normalerweise kreisen sie um eine von zwei prägenden Ideen: Planeten sind geformt hauptsächlich durch Schwerkraft oder Planeten sind geformt hauptsächlich durch Magnetismus. Nun wurde von einem Team der Universität Zürich ein neues theoretisches Modell entwickelt ( UZH ), das Mathematik aus beiden Methoden verwendet, um das bisher vollständigste Modell der Planetenentstehung zu liefern.
Maßstab ist das Problem, das die Dichotomie zwischen magnetischen und Gravitationsmodellen verursacht. Auf großen Skalen, wie denen protoplanetarer Scheiben, herrscht die Schwerkraft. Staub und Gas verschmelzen zu einem Planeten im Frühstadium. Als sie jedoch anfangen, zusammenzukleben, Magnetismus beginnt zu übernehmen.
UT-Video, das ein Bild eines Planeten in einem sehr frühen Stadium zeigt.
Denn unterschiedlich geladene Staubpartikel bilden beim Aneinanderreiben elektrische (und damit magnetische) Felder. Auf der Ebene der individuellen Planetenentstehung sind diese magnetischen Kräfte viel stärker als die Gravitationskräfte von Staub auf andere Staubstücke. Der Magnetismus hat daher einen viel stärkeren Einfluss auf die individuelle Planetenbildung als auf das Sonnensystem, das die Gravitationskräfte aufspannt.
Eine Illustration einer protoplanetaren Scheibe. Planeten verschmelzen aus der verbleibenden Molekülwolke, aus der sich der Stern gebildet hat. Innerhalb dieser Akkretionsscheibe lagen die grundlegenden Elemente, die für die Planetenbildung und potentielles Leben notwendig sind.
Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/T. Pyle (SSC) – Februar 2005
Um diese beiden unterschiedlichen Modelle zu kombinieren, musste das UZH-Team auf zwei moderne Werkzeuge zurückgreifen: einen neuen theoretischen Rahmen und einen wirklich leistungsstarken Supercomputer. Der theoretische Rahmen berücksichtigte die Größenunterschiede zwischen den beiden konkurrierenden Kräften. Insbesondere Dr. Hongping-Deng , heute Postdoktorand an der University of Cambridge, konnte den Zeitraum zusammenführen, in dem die magnetischen Kräfte beginnen, die Gravitationskräfte an Bedeutung zu überholen. Ein erfreuliches Ergebnis dieses Rahmenwerks ist, dass es im Gegensatz zu den meisten derzeit existierenden Modellen zur Planetenentstehung zu Planeten führt, die eine ähnliche Größe wie die in der Realität gefundenen haben.
Ein weiterer wichtiger Faktor bei der Planetenentstehung ist die Planetenmigration – hier ist ein UT-Video, in dem diskutiert wird, wie sich Planeten durch ihr sich bildendes Sonnensystem bewegen.
Dieses Ergebnis zu verstehen wäre ohne das zweite wichtige Werkzeug im Werkzeugkasten des Forschers unmöglich gewesen: einen wirklich guten Supercomputer. Das Team entschied sich für den Supercomputer Piz Daint als Schweizerisches Nationales Hochleistungsrechenzentrum . Mit seinen PS hinter seinem Modellierungsalgorithmus war das Team dann in der Lage, das Ergebnis zu konkretisieren, das der Realität so nahe kommt. Mit einer netten Visualisierungstechnologie konnten sie auch eine Animation entwickeln, die in der UZH zu sehen ist Pressemitteilung , die das Ergebnis des Modells im Zeitverlauf sichtbar zeigt.
Jeder zusätzliche Einblick in die Welt der Planetenentstehung ist willkommen, auch wenn es viel Zeit erfordert, einen Algorithmus zu entwickeln und auf einem Supercomputer auszuführen. Exoplanetenforschung, planetare Geologie und sogar Atmosphärenforschung würden von einem besseren Verständnis der Entstehung unserer und anderer Welten profitieren. Wenn es durch eine komplexe Kombination von magnetischen und Gravitationskräften geschieht, umso besser, dass wir jetzt die Rechenleistung und den Rahmen haben, um es wirklich zu erfassen.
Erfahren Sie mehr:
UZH: Eine neue Art, Planeten zu formen
Naturastronomie: Bildung von Planeten mittlerer Masse durch magnetisch kontrollierte Scheibenfragmentierung
AUS: Astronomen sehen eine neu entstehende Planetenscheibe, die sich weiterhin von Material aus ihrem Nebel ernährt
Leitbild:
Künstlerische Darstellung der magnetischen Feldlinien in einer protoplanetaren Scheibe.
Bildnachweis: Jean Favre, CSCS
