Paren van schurkenplaneten gevonden in de Orionnevel – Physics World

Paren van schurkenplaneten gevonden in de Orionnevel – Physics World

Tijdstempel: 12 oktober 2023 9:22 uur

Artistieke impressie van een schurkenplaneet, die verschijnt als een donker, gestreept object tegen een heldere achtergrond van sterren
Schurkenstaten: er zijn eerder planeten met een massa van Jupiter gevonden die vrij rondzweven zonder een moederster, maar niet in zulke grote aantallen en nooit als binaire paren tot aan het huidige onderzoek. (Met dank aan: NASA/JPL-Caltech)

Er zijn meer dan 500 vrij zwevende objecten met planetaire massa ontdekt die door de Orionnevel dwalen dankzij nieuwe waarnemingen door de James Webb Space Telescope (JWST). Het meest bizarre is dat ongeveer 40 van deze pas ontdekte objecten in de Trapeziumcluster van de nevel in brede binaire paren bestaan, wat de verwachtingen over de vorming van deze zogenaamde ‘schurkenplaneten’ verwart.

Vrij zwevende objecten met planetaire massa die niet in een baan om een ​​ster draaien, zijn al eerder ontdekt in stervormingsgebieden, maar nog nooit in de aantallen die door de JWST’s zijn waargenomen. Nabij-infraroodcamera (NIRCam). Deze objecten zijn zichtbaar omdat ze nog jong zijn en gloeien van de hitte van hun vorming. Na verloop van tijd zullen ze afkoelen en uit het zicht verdwijnen.

Er zijn twee hypothesen over hoe zulke vrij zwevende planeten ontstaan. Eén daarvan is dat ze ontstaan ​​als sterren, die direct uit een stervormende moleculaire wolk instorten en condenseren. De andere is dat ze ontstaan ​​door kernaanwas in een baan rond jonge sterren, om later te worden verdreven door zwaartekracht en resonanties.

Een JuMBO-mysterie

Voor de meeste van de 540 objecten met planetaire massa die in de Orionnevel zijn gevonden, “zal het vrijwel zeker een combinatie van beide [processen] zijn”, zegt Samuël Pearson, een research fellow bij de European Space Agency (ESA) en hoofdauteur van een nog niet peer-reviewed voorbedrukt over de nieuwe waarnemingen.

De ongeveer veertig brede binaire bestanden – 40% van het totaal – passen echter niet in dit plaatje. Pearson noemt ze JuMBO’s, voor Jupiter Mass Binary Objects, en ze zijn een mysterie.

Het grootste probleem, legt Pearson uit, is de massa van de JuMBO’s. Modellen voorspellen dat de minimale massa die zich rechtstreeks uit een moleculaire wolk kan vormen drie keer zo groot is als die van Jupiter. Deze minimumgrens ontstaat doordat kleinere voorwerpen warmte beter kunnen vasthouden, waardoor ze niet verder kunnen samentrekken. Je zou daarom kunnen verwachten dat kleinere lichamen met planetaire massa (inclusief het kleinste object in de JWST-waarnemingen, dat ongeveer 0.6 Jupiter-massa's heeft) in plaats daarvan zijn gevormd door kernaanwas (dat wil zeggen van onderaf, zoals de aarde) en zijn uitgestoten. vanuit hun systeem van herkomst.

“Maar het probleem is nu dat we ze in paren aantreffen”, vertelt Pearson Natuurkunde wereld. “Hoe gebeurt dat in vredesnaam?”

Scenario's voor planeetvorming

Tot nu toe liggen er twee opties op tafel. Eén daarvan is dat de initiële massafunctie, die de verdeling van de massa beschrijft waarmee sterren worden geboren, zich uitstrekt tot veel kleinere massa's dan iemand zich realiseerde. De andere is dat deze JuMBO’s op de een of andere manier uit planetaire systemen worden verdreven.

Hoewel er geen vaste modellen bestaan ​​over hoe een binair paar kan worden uitgeworpen, komt er wel één mogelijke verklaring vandaan Rosalba Perna van Stony Brook University, samen met Yihan Wang en Zhaohua Zhu van de Universiteit van Nevada in Las Vegas, beide in de VS. In een aparte voordrukstellen ze een model voor waarin twee gigantische planeten die op grote afstand van hun ster ronddraaien, beide kunnen worden uitgeworpen als ze toevallig op één lijn komen te staan ​​​​op hetzelfde moment dat het systeem een ​​nabije ontmoeting met een nabijgelegen ster ervaart.

Perna en Wang wijzen erop dat reuzenplaneten in modellen van planeetvorming rechtstreeks uit de planeetvormende schijf kunnen samenvloeien op afstanden van meer dan 50 astronomische eenheden (dat wil zeggen 50 maal de afstand aarde-zon) van hun ster.

“In ons scenario ontstaan ​​JuMBO’s het liefst uit planetaire systemen met twee gigantische planeten met semi-hoofdassen dicht bij elkaar”, vertellen Wang en Perna. Natuurkunde wereld. “Als het planetenstelsel bijvoorbeeld breed is, is de meest waarschijnlijke configuratie een gigantische planeet op ~100AU en een andere gigantische planeet op 70AU.”

Op weg naar een nieuw domein

In een papier gepubliceerd in 2022, Aleks Scholz van de Universiteit van St. Andrews, Groot-Brittannië en collega's voorspelden dat de JWST aanzienlijke aantallen schurkenplaneten met een lage massa in jonge sterrenhopen zou kunnen detecteren. Scholz zegt dat de nieuwe bevindingen in de Orionnevel deze conclusie rechtvaardigen.

‘Deze nieuw ontdekte objecten met planetaire massa zijn echt opwindend: ze zijn verrassend talrijk, en het grote aantal dubbelsterren is volkomen onverwacht’, vertelt hij. Natuurkunde wereld. “Dit is wat er gebeurt als je een nieuw domein betreedt: je vindt onverwachte dingen.”

Voorlopig is het de taak om meer gegevens te verzamelen. Pearson en zijn co-auteur Mark McCaughrean, die ESA’s senior adviseur voor wetenschap en exploratie is, wil in een toekomstig onderzoek de JuMBO’s nogmaals bekijken, dit keer met behulp van de JWST’s Nabij-infraroodspectrometer (NIRSpec). Deze waarnemingen zouden moeten bevestigen dat ze inderdaad een planetaire massa hebben door details te geven over hun temperatuur, zwaartekracht aan het oppervlak en atmosferische samenstelling. Daarnaast zijn Pearson en McCaughrean van plan om te zoeken naar objecten met planetaire massa in een jonge sterrenhoop, NGC 2244, die is ontstaan ​​uit de Rozetnevel en zich 5 lichtjaar verderop bevindt in het sterrenbeeld Monoceros. De sterren in NGC 000 zijn minder dicht op elkaar gepakt dan die in Trapezium, zegt Pearson, wat betekent dat de kansen op ontmoetingen met sterren waarbij planeten uit hun banen worden geplukt kleiner zijn.

“Het is veel minder waarschijnlijk dat dit gebeurt in zeer schaarse gebieden, dus als we plotseling geen JuMBO’s meer zien, zou dat een teken zijn van de manier waarop deze zich vormen”, legt hij uit.

Hoewel er weinig bekend is over deze schurkenstaten met planetaire massa, zegt Pearson dat er in ons eigen Melkwegstelsel misschien meer van zijn dan er sterren zijn. Dit roept vragen op over hoe we ze moeten definiëren: zijn het planeten, donkerbruine dwergen of iets anders? Gezien de toch al vage grenzen tussen deze categorieën maakt het misschien niet uit, en Pearson vermijdt dergelijke discussies.

“De manier waarop we ze proberen te definiëren is een geweldige manier om ruzie te veroorzaken”, zegt hij lachend.

Tijdstempel:

Meer van Natuurkunde wereld