Par af slyngelplaneter fundet vandrende i Oriontågen – Fysik verden

Par af slyngelplaneter fundet vandrende i Oriontågen – Fysik verden

Tidsstempel: 12. oktober 2023 kl. 9

Kunstnerens indtryk af en slyngelplanet, der fremstår som et mørkt, båndet objekt mod en lys baggrund af stjerner
Går slyngel: Jupiter-masseplaneter er tidligere blevet fundet svævende frit uden en moderstjerne, men ikke i så stort antal og aldrig som binære par indtil den nuværende undersøgelse. (Med høflighed: NASA/JPL-Caltech)

Mere end 500 fritsvævende objekter med planetmasse er blevet opdaget vandrer gennem Oriontågen takket være nye observationer fra James Webb Space Telescope (JWST). Mest bizart er det, at omkring 40 af disse nyfundne objekter i tågens trapezklynge eksisterer i brede binære par, hvilket forvirrer forventningerne om, hvordan disse såkaldte "slyngelplaneter" dannes.

Fritsvævende objekter med planetmasse, der ikke kredser om en stjerne, er blevet opdaget i stjernedannende områder før, men aldrig i de tal, som JWST'erne har set. Nær-infrarødt kamera (NIRCam). Disse genstande er synlige, fordi de stadig er unge og gløder af varmen fra deres dannelse. Over tid vil de afkøle og falme ud af syne.

Der er to hypoteser for, hvordan sådanne fritsvævende planeter dannes. Den ene er, at de opstår som stjerner, der kollapser og kondenserer direkte ud af en stjernedannende molekylsky. Den anden er, at de dannes gennem kernetilvækst i kredsløb om unge stjerner, for så senere at blive udstødt af gravitationelle tidevandskræfter og resonanser.

Et JuMBO-mysterium

For de fleste af de 540 objekter med planetmasse fundet i Oriontågen, "vil det næsten helt sikkert være en kombination af begge [processer]," siger Samuel Pearson, en forsker ved European Space Agency (ESA) og hovedforfatter af en endnu ikke-peer-reviewet fortryk på de nye observationer.

De omkring 40 brede binære filer – 9 % af det samlede antal – passer dog ikke til dette billede. Pearson kalder dem JuMBO'er, for Jupiter Mass Binary Objects, og de er et mysterium.

Hovedproblemet, forklarer Pearson, er JuMBO'ernes masse. Modeller forudsiger, at den mindste masse, der kan dannes direkte fra en molekylær sky, er tre gange større end Jupiter. Denne minimumsgrænse opstår, fordi mindre genstande er bedre til at holde på varmen, hvilket forhindrer dem i at trække sig yderligere sammen. Man kunne derfor forvente, at mindre planetmasselegemer (inklusive det mindste objekt i JWST-observationerne, som er omkring 0.6 Jupiter-masser) i stedet er blevet dannet gennem kernetilvækst – det vil sige nedefra og op, ligesom Jorden – og er blevet udstødt fra deres oprindelsessystem.

"Men så er problemet nu, at vi finder dem i par," fortæller Pearson Fysik verden. "Hvordan i alverden sker det?"

Scenarier for planetdannelse

Indtil videre er der to muligheder på bordet. Den ene er, at den indledende massefunktion, som beskriver fordelingen af ​​masser, som stjerner er født med, strækker sig til meget mindre masser, end nogen var klar over. Den anden er, at disse JuMBO'er på en eller anden måde bliver udstødt fra planetsystemer.

Selvom der ikke er nogen faste modeller for, hvordan et binært par kan udstødes, kommer en mulig forklaring fra Rosalba Perna fra Stony Brook University, sammen med Yihan Wang , Zhaohuan Zhu fra University of Nevada i Las Vegas, begge i USA. I et separat fortryk, foreslår de en model, hvor to gigantiske planeter, der kredser i stor afstand fra deres stjerne, begge kan blive slynget ud, hvis de tilfældigvis bevæger sig ind på linje, samtidig med at systemet oplever et tæt møde med en nærliggende stjerne.

Perna og Wang påpeger, at i modeller for planetdannelse kan gigantiske planeter smelte sammen direkte ud af den planetdannende skive i afstande på over 50 astronomiske enheder (det vil sige 50 gange Jord-Sol-afstanden) fra deres stjerne.

"I vores scenarie foretrækker JuMBO'er at danne sig fra planetsystemer med to gigantiske planeter med semi-hovedakser tæt på hinanden," fortæller Wang og Perna Fysik verden. "For eksempel, hvis planetsystemet er bredt, er den mest sandsynlige konfiguration en gigantisk planet ved ~100AU og en anden gigantisk planet ved 70AU."

Trænger ind på et nyt domæne

I en papir udgivet i 2022, Aleks Scholz fra University of St. Andrews, Storbritannien og kolleger forudsagde, at JWST ville være i stand til at detektere et betydeligt antal slyngelplaneter med lav masse i unge stjernehobe. Scholz siger, at de nye fund i Oriontågen retfærdiggør denne konklusion.

"Disse nyopdagede objekter med planetmasse er virkelig spændende - de er overraskende rigelige, og det store antal binære filer er fuldstændig uventet," siger han. Fysik verden. "Dette er, hvad der sker, når du skubber ind på et nyt domæne: du finder uventede ting."

Indtil videre ligger byrden på at få flere data. Pearson og hans medforfatter Mark McCaughrean, som er ESA's seniorrådgiver for videnskab og udforskning, ønsker at tage et nyt kig på JuMBO'erne i en fremtidig undersøgelse, denne gang ved hjælp af JWST's Nær-infrarødt spektrometer (NIRSpec). Disse observationer skulle bekræfte, at de faktisk er af planetarisk masse ved at give detaljer om deres temperatur, overfladetyngdekraft og atmosfæriske sammensætning. Ud over det planlægger Pearson og McCaughrean at lede efter objekter med planetmasse i en ung stjernehob, NGC 2244, som er født fra Rosettetågen og ligger 5 lysår væk i stjernebilledet Monoceros. Stjernerne i NGC 000 er pakket mindre tæt end dem i Trapezium, siger Pearson, hvilket betyder, at mulighederne for stjernemøder, der plukker planeter fra deres baner, er slankere.

"Det er langt mindre sandsynligt, at det sker i meget sparsomme områder, så hvis vi pludselig holder op med at se JuMBO'er, ville det være en rygende pistol for, hvordan disse dannes," forklarer han.

Selvom der ikke er meget kendt om disse slyngelstatiske objekter med planetmasse, siger Pearson, at der kunne være flere af dem i vores egen Mælkevejsgalakse, end der er stjerner. Dette rejser spørgsmål om, hvordan man definerer dem: er de planeter, sub-brune dværge eller noget andet? I betragtning af de allerede slørede linjer mellem disse kategorier er det måske ligegyldigt, og Pearson styrer uden om sådanne diskussioner.

"Hvordan vi forsøger at definere dem, er en fantastisk måde at skabe et skænderi på," siger han og griner.

Tidsstempel:

Mere fra Fysik verden