Par av falske planeter funnet vandrende i Oriontåken – Fysikkverdenen

Par av falske planeter funnet vandrende i Oriontåken – Fysikkverdenen

Tidsstempel: 12. oktober 2023 9:22

Kunstnerens inntrykk av en useriøs planet, som fremstår som et mørkt, båndet objekt mot en lys bakgrunn av stjerner
Blir useriøse: Jupiter-masseplaneter har tidligere blitt funnet flytende fritt uten en foreldrestjerne, men ikke i så store antall og aldri som binære par før den nåværende studien. (Med tillatelse: NASA/JPL-Caltech)

Mer enn 500 frittflytende objekter med planetmasse har blitt oppdaget mens de vandret gjennom Oriontåken takket være nye observasjoner fra James Webb Space Telescope (JWST). Mest bisarre nok eksisterer rundt 40 av disse nyfunne objektene i tåkens trapesklynge i brede binære par, noe som forvirrer forventningene om hvordan disse såkalte "rogue planetene" dannes.

Frittflytende planetariske masseobjekter som ikke går i bane rundt en stjerne har blitt oppdaget i stjernedannende områder før, men aldri i de tallene JWSTs har sett Nær-infrarødt kamera (NIRCam). Disse gjenstandene er synlige fordi de fortsatt er unge og gløder av varmen fra dannelsen deres. Over tid vil de avkjøles og forsvinne.

Det er to hypoteser for hvordan slike frittsvevende planeter dannes. Den ene er at de oppstår som stjerner, kollapser og kondenserer direkte ut av en stjernedannende molekylsky. Den andre er at de dannes gjennom kjerneakkresjon i bane rundt unge stjerner, for så å bli drevet ut senere av gravitasjonelle tidevannskrefter og resonanser.

Et JuMBO-mysterium

For de fleste av de 540 planetariske objektene som finnes i Oriontåken, "vil det nesten helt sikkert være en kombinasjon av begge [prosessene]," sier Samuel Pearson, en stipendiat ved European Space Agency (ESA) og hovedforfatter av en ikke-ennå-fagfellevurdert forhåndstrykk på de nye observasjonene.

Imidlertid passer ikke de rundt 40 brede binærfilene – 9 % av totalen – til dette bildet. Pearson kaller dem JuMBOs, for Jupiter Mass Binary Objects, og de er et mysterium.

Hovedproblemet, forklarer Pearson, er JuMBOs masse. Modeller spår at minimumsmassen som kan dannes direkte fra en molekylsky er tre ganger større enn Jupiter. Denne minimumsgrensen oppstår fordi mindre gjenstander er bedre til å holde på varmen, noe som hindrer dem i å trekke seg ytterligere sammen. Man kan derfor forvente at mindre kropper med planetarisk masse (inkludert det minste objektet i JWST-observasjonene, som er omtrent 0.6 Jupiter-masser) i stedet har dannet seg gjennom kjerneakkresjon – det vil si fra bunnen og opp, som Jorden – og har blitt kastet ut fra deres opprinnelsessystem.

"Men så er problemet nå at vi finner dem i par," forteller Pearson Fysikkens verden. "Hvordan i all verden skjer det?"

Scenarier for planetdannelse

Så langt er det to alternativer på bordet. Den ene er at den initiale massefunksjonen, som beskriver fordelingen av masser som stjerner er født med, strekker seg til mye mindre masser enn noen var klar over. Den andre er at disse JuMBO-ene på en eller annen måte blir kastet ut fra planetsystemer.

Selv om det ikke finnes noen faste modeller for hvordan et binært par kan kastes ut, kommer en mulig forklaring fra Rosalba Perna fra Stony Brook University, sammen med Yihan Wang og Zhaohuan Zhu ved University of Nevada i Las Vegas, begge i USA. I et eget forhåndstrykk, foreslår de en modell der to gigantiske planeter som kretser i stor avstand fra stjernen deres begge kan kastes ut hvis de tilfeldigvis beveger seg inn på linje samtidig som systemet opplever et nært møte med en nærliggende stjerne.

Perna og Wang påpeker at i modeller for planetdannelse kan gigantiske planeter smelte sammen direkte ut av den planetdannende platen i avstander på over 50 astronomiske enheter (det vil si 50 ganger jord-sol-avstanden) fra stjernen deres.

"I vårt scenario foretrekker JuMBO-er å dannes fra planetsystemer med to gigantiske planeter med semi-hovedakser nær hverandre," forteller Wang og Perna Fysikkens verden. "For eksempel, hvis planetsystemet er bredt, er den mest sannsynlige konfigurasjonen en gigantisk planet på ~100AU og en annen gigantisk planet på 70AU."

Presser inn i et nytt domene

I en papir publisert i 2022, Aleks Scholz fra University of St Andrews, Storbritannia og kolleger spådde at JWST ville være i stand til å oppdage et betydelig antall skurke planeter med lav masse i unge stjernehoper. Scholz sier de nye funnene i Oriontåken rettferdiggjør denne konklusjonen.

"Disse nyoppdagede planetariske masseobjektene er virkelig spennende - de er overraskende mange, og det store antallet binære filer er helt uventet," forteller han Fysikkens verden. "Dette er hva som skjer når du skyver inn i et nytt domene: du finner uventede ting."

Foreløpig ligger det på å skaffe mer data. Pearson og hans medforfatter Mark McCaughrean, som er ESAs seniorrådgiver for vitenskap og utforskning, ønsker å ta en ny titt på JuMBO-ene i en fremtidig studie, denne gangen ved å bruke JWSTs Nær-infrarødt spektrometer (NIRSpec). Disse observasjonene skulle bekrefte at de faktisk er av planetarisk masse ved å gi detaljer om deres temperatur, overflatetyngdekraft og atmosfærisk sammensetning. Utover det planlegger Pearson og McCaughrean å lete etter objekter med planetmasse i en ung stjernehop, NGC 2244, som er født fra Rosetttåken og ligger 5 000 lysår unna i stjernebildet Monoceros. Stjernene i NGC 2244 er pakket mindre tett enn de i Trapesium, sier Pearson, noe som betyr at mulighetene for stjernetreff som plukker planeter fra banene deres er slankere.

"Det er mye mindre sannsynlighet for å skje i veldig sparsomme områder, så hvis vi plutselig slutter å se JuMBO-er, ville det være en rykende pistol for hvordan disse dannes," forklarer han.

Selv om lite er kjent om disse falske planetmasseobjektene, sier Pearson at det kan være flere av dem i vår egen Melkeveis galakse enn det er stjerner. Dette reiser spørsmål om hvordan de skal defineres: er de planeter, sub-brune dverger eller noe annet? Gitt de allerede uklare linjene mellom disse kategoriene, spiller det kanskje ingen rolle, og Pearson styrer unna slike diskusjoner.

"Hvordan vi prøver å definere dem er en fin måte å skape krangel på," sier han og ler.

Tidstempel:

Mer fra Fysikkens verden