Ζεύγη αδίστακτων πλανητών βρέθηκαν να περιπλανώνται στο Νεφέλωμα του Ωρίωνα – Κόσμος της Φυσικής

Περισσότερα από 500 αντικείμενα πλανητικής μάζας ελεύθερα αιωρούμενα έχουν ανακαλυφθεί να περιφέρονται στο Νεφέλωμα του Ωρίωνα χάρη σε νέες παρατηρήσεις από το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST). Το πιο περίεργο είναι ότι περίπου 40 από αυτά τα νεοανακαλυφθέντα αντικείμενα στο Σμήνος Τραπεζίου του νεφελώματος υπάρχουν σε μεγάλα δυαδικά ζεύγη, συγχέοντας τις προσδοκίες για το πώς σχηματίζονται αυτοί οι λεγόμενοι «απατεώνες πλανήτες».

Ελεύθερα επιπλέοντα αντικείμενα πλανητικής μάζας που δεν περιφέρονται γύρω από ένα αστέρι έχουν ανακαλυφθεί σε περιοχές σχηματισμού άστρων στο παρελθόν, αλλά ποτέ στους αριθμούς που είδαν το JWST's Κάμερα κοντά στην υπέρυθρη ακτινοβολία (NIRCam). Αυτά τα αντικείμενα είναι ορατά επειδή είναι ακόμα νεαρά και λάμπουν από τη θερμότητα του σχηματισμού τους. Με την πάροδο του χρόνου, θα κρυώσουν και θα ξεθωριάσουν από το οπτικό πεδίο.

Υπάρχουν δύο υποθέσεις για το πώς σχηματίζονται τέτοιοι ελεύθεροι πλανήτες. Το ένα είναι ότι προέρχονται σαν αστέρια, καταρρέουν και συμπυκνώνονται απευθείας από ένα μοριακό νέφος που σχηματίζει αστέρια. Το άλλο είναι ότι σχηματίζονται μέσω της συσσώρευσης πυρήνα σε τροχιά γύρω από νεαρά αστέρια, για να αποβληθούν αργότερα από τις παλιρροιακές δυνάμεις της βαρύτητας και τους συντονισμούς.

Ένα μυστήριο JuMBO

Για τα περισσότερα από τα 540 αντικείμενα πλανητικής μάζας που βρέθηκαν στο νεφέλωμα του Ωρίωνα, «σχεδόν σίγουρα θα είναι ένας συνδυασμός και των δύο [διαδικασιών]», λέει Σάμιουελ Πίρσον, ερευνητής στον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Διαστήματος (ESA) και κύριος συγγραφέας ενός μη αξιολογημένου ακόμη προεκτύπωση σχετικά με τις νέες παρατηρήσεις.

Ωστόσο, τα 40 περίπου πλατιά δυαδικά αρχεία – το 9% του συνόλου – δεν ταιριάζουν σε αυτήν την εικόνα. Ο Pearson τα αποκαλεί JuMBO, για τα Δυαδικά Αντικείμενα Μάζας του Δία, και είναι ένα μυστήριο.

Το κύριο πρόβλημα, εξηγεί ο Pearson, είναι η μάζα των JuMBO. Τα μοντέλα προβλέπουν ότι η ελάχιστη μάζα που μπορεί να σχηματιστεί απευθείας από ένα μοριακό νέφος είναι τριπλάσια από αυτή του Δία. Αυτό το ελάχιστο όριο προκύπτει επειδή τα μικρότερα αντικείμενα διατηρούν καλύτερα τη θερμότητα, γεγονός που τα εμποδίζει να συστέλλονται περαιτέρω. Ως εκ τούτου, θα περίμενε κανείς σώματα μικρότερης πλανητικής μάζας (συμπεριλαμβανομένου του μικρότερου αντικειμένου στις παρατηρήσεις του JWST, που είναι περίπου 0.6 μάζες του Δία) να έχουν σχηματιστεί μέσω της συσσώρευσης πυρήνα –δηλαδή από κάτω προς τα πάνω, όπως η Γη– και να έχουν εκτιναχθεί από το σύστημα προέλευσής τους.

«Αλλά το πρόβλημα τώρα είναι ότι τα βρίσκουμε σε ζευγάρια», λέει ο Pearson Κόσμος Φυσικής. «Πώς στο καλό συμβαίνει αυτό;»

Σενάρια σχηματισμού πλανητών

Μέχρι στιγμής, υπάρχουν δύο επιλογές στο τραπέζι. Το ένα είναι ότι η αρχική συνάρτηση μάζας, η οποία περιγράφει την κατανομή των μαζών με τις οποίες γεννιούνται τα αστέρια, εκτείνεται σε πολύ μικρότερες μάζες από ό,τι έχει καταλάβει κανείς. Το άλλο είναι ότι αυτά τα JuMBO με κάποιο τρόπο εκτινάσσονται από τα πλανητικά συστήματα.

Αν και δεν υπάρχουν σταθερά μοντέλα για το πώς θα μπορούσε να εκτιναχθεί ένα δυαδικό ζεύγος, μια πιθανή εξήγηση προέρχεται από Ροζάλμπα Πέρνα του Πανεπιστημίου Stony Brook, μαζί με Γιχαν Γουάνγκ και Ζαοχουάν Ζου του Πανεπιστημίου της Νεβάδα στο Λας Βέγκας, αμφότερα στις ΗΠΑ. Σε ξεχωριστή προεκτύπωση, προτείνουν ένα μοντέλο στο οποίο δύο γιγάντιοι πλανήτες που βρίσκονται σε τροχιά σε μεγάλη απόσταση από το άστρο τους μπορούν να εκτιναχθούν και οι δύο εάν τύχει να κινηθούν σε ευθυγράμμιση την ίδια στιγμή που το σύστημα βιώνει μια στενή συνάντηση με ένα κοντινό αστέρι.

Οι Perna και Wang επισημαίνουν ότι σε μοντέλα σχηματισμού πλανητών, οι γιγάντιοι πλανήτες μπορούν να συγχωνευθούν απευθείας έξω από τον δίσκο σχηματισμού πλανητών σε αποστάσεις άνω των 50 αστρονομικών μονάδων (δηλαδή 50 φορές την απόσταση Γης-Ήλιου) από το άστρο τους.

«Στο σενάριο μας, τα JuMBO προτιμούν να σχηματίζονται από πλανητικά συστήματα με δύο γιγάντιους πλανήτες με ημιμείζονες άξονες κοντά ο ένας στον άλλο», λένε οι Wang και Perna. Κόσμος Φυσικής. «Για παράδειγμα, εάν το πλανητικό σύστημα είναι ευρύ, η πιο πιθανή διαμόρφωση είναι ένας γιγάντιος πλανήτης στις ~100AU και ένας άλλος γιγάντιος πλανήτης στις 70AU».

Ωθώντας σε νέο τομέα

Σε χαρτί δημοσιεύθηκε το 2022, Aleks Scholz του Πανεπιστημίου του St Andrews, UK και οι συνεργάτες του προέβλεψαν ότι το JWST θα ήταν σε θέση να ανιχνεύσει σημαντικούς αριθμούς απατεώνων πλανητών χαμηλής μάζας σε νεαρά αστρικά σμήνη. Ο Scholz λέει ότι τα νέα ευρήματα στο Νεφέλωμα του Ωρίωνα δικαιολογούν αυτό το συμπέρασμα.

«Αυτά τα αντικείμενα πλανητικής μάζας που ανακαλύφθηκαν πρόσφατα είναι πραγματικά συναρπαστικά – είναι εκπληκτικά άφθονα και ο μεγάλος αριθμός των δυαδικών είναι εντελώς απροσδόκητος», λέει. Κόσμος Φυσικής. "Αυτό συμβαίνει όταν πιέζετε σε έναν νέο τομέα: βρίσκετε απροσδόκητα πράγματα."

Προς το παρόν, το βάρος βαραίνει τη λήψη περισσότερων δεδομένων. Pearson και ο συν-συγγραφέας του Mark McCaughrean, ο οποίος είναι ο ανώτερος σύμβουλος της ESA για την επιστήμη και την εξερεύνηση, θέλει να ρίξει μια δεύτερη ματιά στα JuMBO σε μια μελλοντική μελέτη, αυτή τη φορά χρησιμοποιώντας το JWST's Φασματόμετρο κοντά στο υπέρυθρο (NIRSpec). Αυτές οι παρατηρήσεις θα πρέπει να επιβεβαιώσουν ότι είναι πράγματι πλανητικής μάζας παρέχοντας λεπτομέρειες για τη θερμοκρασία, την επιφανειακή βαρύτητα και την ατμοσφαιρική τους σύνθεση. Πέρα από αυτό, ο Pearson και ο McCaughrean σχεδιάζουν να ψάξουν για αντικείμενα πλανητικής μάζας σε ένα νεαρό αστρικό σμήνος, το NGC 2244, το οποίο γεννιέται από το νεφέλωμα της Ροζέτας και βρίσκεται 5 έτη φωτός μακριά στον αστερισμό του Μονόκερως. Τα αστέρια στο NGC 000 είναι γεμάτα λιγότερο πυκνά από αυτά του Τραπεζίου, λέει ο Pearson, πράγμα που σημαίνει ότι οι ευκαιρίες για αστρικές συναντήσεις που αφαιρούν πλανήτες από τις τροχιές τους είναι μικρότερες.

Το στοίχημα των δέκα δισεκατομμυρίων δολαρίων: Γιατί οι καθυστερήσεις του JWST ήταν ένα όφελος για την επιστήμη των εξωπλανητών

«Είναι πολύ λιγότερο πιθανό να συμβεί σε πραγματικά αραιές περιοχές, οπότε αν σταματήσουμε ξαφνικά να βλέπουμε JuMBO, αυτό θα ήταν ένα όπλο καπνίσματος για το πώς σχηματίζονται», εξηγεί.

Αν και λίγα είναι γνωστά για αυτά τα αδίστακτα αντικείμενα πλανητικής μάζας, ο Pearson λέει ότι θα μπορούσαν να υπάρχουν περισσότερα από αυτά στον δικό μας γαλαξία Γαλαξία παρά αστέρια. Αυτό εγείρει ερωτήματα σχετικά με τον ορισμό τους: είναι πλανήτες, υποκαφέ νάνοι ή κάτι άλλο; Δεδομένων των ήδη ασαφών γραμμών μεταξύ αυτών των κατηγοριών, μπορεί να μην έχει σημασία, και ο Pearson απομακρύνεται από τέτοιες συζητήσεις.

«Το πώς προσπαθούμε να τις ορίσουμε είναι ένας πολύ καλός τρόπος να προκαλέσουμε λογομαχία», λέει γελώντας.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/pairs-of-rogue-planets-found-wandering-in-the-orion-nebula/