זוגות של כוכבי לכת נוכלים שנמצאו משוטטים בערפילית אוריון - עולם הפיזיקה

זוגות של כוכבי לכת נוכלים שנמצאו משוטטים בערפילית אוריון - עולם הפיזיקה

חותמת זמן: 12 באוקטובר 2023 9:22

התרשמות של אמן מכוכב לכת נוכל, המופיע כעצם חשוך עם פסים על רקע בהיר של כוכבים
נהיה נוכל: כוכבי לכת במסה צדק נמצאו בעבר צפים בחופשיות ללא כוכב אב, אך לא במספרים כה גדולים ולעולם לא כזוגות בינארים עד למחקר הנוכחי. (באדיבות: NASA/JPL-Caltech)

יותר מ-500 עצמים צפים חופשיים בעלי מסה פלנטרית התגלו כשהם משוטטים בערפילית אוריון הודות לתצפיות חדשות של טלסקופ החלל ג'יימס ווב (JWST). באופן מוזר ביותר, כ-40 מהעצמים החדשים הללו בצביר הטרפז של הערפילית קיימים בזוגות בינאריים רחבים, מה שמבלבל את הציפיות לגבי היווצרותם של מה שנקרא "כוכבי לכת נוכלים".

עצמים צפים חופשיים בעלי מסה פלנטרית שאינם מקיפים כוכב התגלו בעבר באזורי יצירת כוכבים, אך מעולם לא במספרים שנראו על ידי ה-JWST מצלמה קרובה לאינפרא אדום (NIRCam). חפצים אלה נראים לעין מכיוון שהם עדיין צעירים וזוהרים מחום היווצרותם. עם הזמן, הם יתקררו וידהו מהעין.

ישנן שתי השערות כיצד נוצרים כוכבי לכת צפים חופשיים כאלה. האחת היא שמקורם כמו כוכבים, קורסים ומתעבים ישירות מתוך ענן מולקולרי יוצר כוכבים. השני הוא שהם נוצרים באמצעות הצטברות ליבה במסלול סביב כוכבים צעירים, רק כדי לגרש מאוחר יותר על ידי כוחות גאות כבידה ותהודה.

תעלומת JuMBO

עבור רוב 540 העצמים בעלי מסה פלנטרית שנמצאו בערפילית אוריון, "זה כמעט בוודאות הולך להיות שילוב של שניהם [תהליכים]", אומר סמואל פירסון, עמית מחקר בסוכנות החלל האירופית (ESA) ומחבר ראשי של כתבה שטרם נבדקה עמיתים הדפסה מראש על התצפיות החדשות.

עם זאת, כ-40 הקבצים הבינאריים הרחבים - 9% מהסך הכל - אינם מתאימים לתמונה הזו. פירסון קורא להם JuMBOs, עבור אובייקטים בינאריים מסה של יופיטר, והם בגדר תעלומה.

הבעיה העיקרית, מסביר פירסון, היא המסה של ה-JuMBOs. מודלים חוזים כי המסה המינימלית שיכולה להיווצר ישירות מענן מולקולרי היא פי שלושה מזו של צדק. הגבול המינימלי הזה נובע מכיוון שאובייקטים קטנים יותר טובים יותר בשמירה על חום, מה שמונע מהם להתכווץ עוד יותר. לכן אפשר לצפות שגופים קטנים יותר בעלי מסה פלנטרית (כולל העצם הקטן ביותר בתצפיות ה-JWST, שהוא כ-0.6 מסה של צדק) במקום זאת נוצרו באמצעות הצטברות הליבה - כלומר מלמטה למעלה, כמו כדור הארץ - וייפלטו. ממערכת המוצא שלהם.

"אבל אז הבעיה עכשיו היא שאנחנו מוצאים אותם בזוגות", אומר פירסון עולם הפיזיקה. "איך לעזאזל זה קורה?"

תרחישי היווצרות כוכבי לכת

עד כה עומדות על הפרק שתי אפשרויות. האחת היא שפונקציית המסה הראשונית, המתארת ​​את התפלגות המסות שכוכבים נולדים איתן, משתרעת על מסות קטנות בהרבה ממה שמישהו הבין. השני הוא שה-JuMBO האלה נפלטים איכשהו ממערכות פלנטריות.

למרות שאין מודלים מוצקים כיצד ניתן לפלוט זוג בינארי, הסבר אפשרי אחד מגיע מ רוסלבה פרנה מאוניברסיטת סטוני ברוק, יחד עם יאהאן וואנג ו Zhaohuan Zhu מאוניברסיטת נבאדה בלאס וגאס, שניהם בארה"ב. ב הדפסה מוקדמת נפרדת, הם מציעים מודל שבו שני כוכבי לכת ענקיים שמסתובבים במרחק רב מהכוכב שלהם יכולים להיפלט אם במקרה הם עוברים ליישור קו באותו זמן שהמערכת חווה מפגש קרוב עם כוכב סמוך.

פרנה ו-ואנג מציינים שבמודלים של היווצרות כוכבי לכת, כוכבי לכת ענקיים יכולים להתלכד ישירות מתוך הדיסק היוצר כוכב לכת במרחקים של למעלה מ-50 יחידות אסטרונומיות (כלומר, פי 50 ממרחק כדור הארץ-שמש) מהכוכב שלהם.

"בתרחיש שלנו, JuMBOs מעדיפים להיווצר ממערכות פלנטריות עם שני כוכבי לכת ענקיים עם צירים חצי מרכזיים קרובים זה לזה", מספרים וואנג ופרנה עולם הפיזיקה. "לדוגמה, אם המערכת הפלנטרית רחבה, התצורה הסבירה ביותר היא כוכב לכת ענק ב-~100AU וכוכב לכת ענק נוסף ב-70AU."

דוחף לתחום חדש

ב מאמר פורסם בשנת 2022, אלכס שולץ מאוניברסיטת סנט אנדרוז, בריטניה ועמיתיו חזו שה-JWST יוכל לזהות מספר משמעותי של כוכבי לכת סוררים בעלי מסה נמוכה בצבירי כוכבים צעירים. שולץ אומר שהממצאים החדשים בערפילית אוריון מצדיקים מסקנה זו.

"העצמים החדשים האלה בעלי מסה פלנטרית הם ממש מרגשים - הם בשפע באופן מפתיע, והמספר הגדול של בינאריות הוא בלתי צפוי לחלוטין", הוא אומר עולם הפיזיקה. "זה מה שקורה כשאתה דוחף לתחום חדש: אתה מוצא דברים לא צפויים."

לעת עתה, האחריות היא על קבלת נתונים נוספים. פירסון ושותפו למחבר מארק מקוגרין, שהוא היועץ הבכיר של ESA למדע וחקירה, רוצה להסתכל שנית על JuMBOs במחקר עתידי, הפעם באמצעות ה-JWST's ספקטרומטר קרוב לאינפרא אדום (NIRSpec). תצפיות אלה צריכות לאשר שהם אכן בעלי מסה פלנטרית על ידי מתן פרטים על הטמפרטורה, כוח המשיכה של פני השטח והרכב האטמוספירה שלהם. מעבר לכך, פירסון ומקוגרין מתכננים לחפש עצמים בעלי מסה פלנטרית בצביר כוכבים צעיר, NGC 2244, שנולד מערפילית הרוזטה וממוקם במרחק של 5 שנות אור בקבוצת הכוכבים מונוקרוס. הכוכבים ב-NGC 000 ארוזים פחות בצפיפות מאלו שבטרפזיום, אומר פירסון, כלומר, ההזדמנויות למפגשים עם כוכבים במריטת כוכבי לכת ממסלוליהם קלות יותר.

"יש הרבה פחות סיכוי שזה יקרה באזורים דלילים באמת, אז אם פתאום נפסיק לראות JuMBOs, זה יהיה אקדח מעשן לאופן שבו אלה נוצרים", הוא מסביר.

למרות שמעט ידוע על העצמים הנוכלים האלה בעלי מסה פלנטרית, פירסון אומר שיכולים להיות יותר מהם בגלקסיית שביל החלב שלנו מאשר כוכבים. זה מעלה שאלות לגבי איך להגדיר אותם: האם הם כוכבי לכת, ננסים חומים משנה או משהו אחר? בהתחשב בקווים המטושטשים ממילא בין הקטגוריות הללו, אולי זה לא משנה, ופירסון מתרחקת מדיונים כאלה.

"איך אנחנו מנסים ולהגדיר אותם היא דרך מצוינת לגרום לוויכוח", הוא אומר וצוחק.

בול זמן:

עוד מ עולם הפיזיקה