Encuentran pares de planetas rebeldes vagando en la Nebulosa de Orión – Mundo de Física

Encuentran pares de planetas rebeldes vagando en la Nebulosa de Orión – Mundo de Física

Marca de tiempo: 12 de octubre de 2023 9:22 a. M.

Impresión artística de un planeta rebelde, que aparece como un objeto oscuro con bandas sobre un fondo brillante de estrellas.
Volverse rebelde: anteriormente se habían encontrado planetas con la masa de Júpiter flotando libremente sin una estrella madre, pero no en cantidades tan grandes y nunca como pares binarios hasta el estudio actual. (Cortesía: NASA/JPL-Caltech)

Se han descubierto más de 500 objetos de masa planetaria que flotan libremente deambulando por la Nebulosa de Orión gracias a nuevas observaciones realizadas por el Telescopio Espacial James Webb (JWST). Lo más extraño es que alrededor de 40 de estos objetos recién descubiertos en el cúmulo del Trapecio de la nebulosa existen en pares binarios anchos, lo que confunde las expectativas sobre cómo se forman estos llamados “planetas rebeldes”.

Se han descubierto anteriormente objetos de masa planetaria que flotan libremente y que no orbitan alrededor de una estrella en regiones de formación estelar, pero nunca en las cantidades observadas por el JWST. Cámara de infrarrojo cercano (NIRCam). Estos objetos son visibles porque aún son jóvenes y brillan con el calor de su formación. Con el tiempo, se enfriarán y desaparecerán de la vista.

Hay dos hipótesis sobre cómo se forman estos planetas que flotan libremente. Una es que se originan como estrellas, colapsando y condensándose directamente a partir de una nube molecular de formación estelar. La otra es que se forman a través de la acreción del núcleo en órbita alrededor de estrellas jóvenes, para ser expulsados ​​más tarde por fuerzas de marea gravitacionales y resonancias.

Un misterio JuMBO

Para la mayoría de los 540 objetos de masa planetaria encontrados en la Nebulosa de Orión, "es casi seguro que será una combinación de ambos [procesos]", dice samuel pearson, investigador de la Agencia Espacial Europea (ESA) y autor principal de un artículo aún no revisado por pares preimpresión sobre las nuevas observaciones.

Sin embargo, los aproximadamente 40 binarios amplios (el 9% del total) no se ajustan a esta imagen. Pearson los llama JuMBO, por objetos binarios de masa de Júpiter, y son un misterio.

El principal problema, explica Pearson, es la masa de los JuMBO. Los modelos predicen que la masa mínima que se puede formar directamente a partir de una nube molecular es tres veces la de Júpiter. Este límite mínimo surge porque los objetos más pequeños retienen mejor el calor, lo que evita que se contraigan más. Por lo tanto, se podría esperar que cuerpos más pequeños de masa planetaria (incluido el objeto más pequeño en las observaciones del JWST, que tiene aproximadamente 0.6 masas de Júpiter) se hubieran formado a través de la acreción del núcleo, es decir, de abajo hacia arriba, como la Tierra, y hubieran sido expulsados. de su sistema de origen.

"Pero ahora el problema es que los encontramos en pares", dice Pearson. Mundo de la física. “¿Cómo diablos sucede eso?”

Escenarios de formación de planetas

Hasta el momento, hay dos opciones sobre la mesa. Una es que la función de masa inicial, que describe la distribución de masas con las que nacen las estrellas, se extiende a masas mucho más pequeñas de lo que nadie pensaba. La otra es que estos JuMBO de alguna manera están siendo expulsados ​​de los sistemas planetarios.

Aunque no existen modelos firmes de cómo se podría expulsar un par binario, una posible explicación proviene de rosalba perna de la Universidad de Stony Brook, junto con yihan wang y Zhaohuan Zhu de la Universidad de Nevada en Las Vegas, ambas en Estados Unidos. En una preimpresión separada, proponen un modelo en el que dos planetas gigantes que orbitan a gran distancia de su estrella pueden ser expulsados ​​si se alinean al mismo tiempo que el sistema experimenta un encuentro cercano con una estrella cercana.

Perna y Wang señalan que en los modelos de formación de planetas, los planetas gigantes pueden fusionarse directamente a partir del disco de formación de planetas a distancias de más de 50 unidades astronómicas (es decir, 50 veces la distancia Tierra-Sol) de su estrella.

"En nuestro escenario, los JuMBO prefieren formarse a partir de sistemas planetarios con dos planetas gigantes con semiejes mayores cerca uno del otro", dicen Wang y Perna. Mundo de la física. "Por ejemplo, si el sistema planetario es amplio, la configuración más probable es un planeta gigante a ~100 UA y otro planeta gigante a 70 UA".

Empujando hacia un nuevo dominio

En un publicado en 2022, Alex Scholz de la Universidad de St Andrews, Reino Unido, y sus colegas predijeron que el JWST sería capaz de detectar un número significativo de planetas rebeldes de baja masa en cúmulos de estrellas jóvenes. Scholz afirma que los nuevos hallazgos en la Nebulosa de Orión justifican esta conclusión.

"Estos objetos de masa planetaria recién descubiertos son realmente interesantes: son sorprendentemente abundantes y el gran número de binarios es completamente inesperado", afirma. Mundo de la física. "Esto es lo que sucede cuando ingresas a un nuevo dominio: encuentras cosas inesperadas".

Por ahora, la responsabilidad recae en obtener más datos. Pearson y su coautor Mark McCaughrean, asesor principal de ciencia y exploración de la ESA, quiere echar un segundo vistazo a los JuMBO en un estudio futuro, esta vez utilizando el JWST. Espectrómetro de infrarrojo cercano (Especificación NIR). Estas observaciones deberían confirmar que efectivamente tienen masa planetaria al proporcionar detalles sobre su temperatura, gravedad superficial y composición atmosférica. Más allá de eso, Pearson y McCaughrean planean buscar objetos de masa planetaria en un cúmulo estelar joven, NGC 2244, que nace en la Nebulosa Roseta y se encuentra a 5 años luz de distancia, en la constelación de Monoceros. Las estrellas en NGC 000 están menos densamente agrupadas que las del Trapecio, dice Pearson, lo que significa que las oportunidades de encuentros estelares que saquen planetas de sus órbitas son menores.

"Es mucho menos probable que suceda en regiones muy dispersas, por lo que si de repente dejamos de ver JuMBO, sería una prueba irrefutable de cómo se están formando", explica.

Aunque se sabe poco sobre estos objetos rebeldes de masa planetaria, Pearson dice que podría haber más de ellos en nuestra propia galaxia, la Vía Láctea, que estrellas. Esto plantea dudas sobre cómo definirlas: ¿son planetas, subenanas marrones o algo más? Dadas las líneas ya borrosas entre estas categorías, puede que no importe, y Pearson se mantiene alejado de tales discusiones.

"La forma en que intentamos definirlos es una excelente manera de provocar una discusión", dice riendo.

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