พบดาวเคราะห์อันธพาลคู่หนึ่งกำลังหลงอยู่ในเนบิวลานายพราน - โลกฟิสิกส์

พบดาวเคราะห์อันธพาลคู่หนึ่งกำลังหลงอยู่ในเนบิวลานายพราน - โลกฟิสิกส์

ประทับเวลา: 12 ตุลาคม 2023 9:22 น.

ความประทับใจของศิลปินเกี่ยวกับดาวเคราะห์อันธพาล ซึ่งปรากฏเป็นวัตถุสีเข้มและมีแถบสีตัดกับพื้นหลังที่สว่างของดวงดาว
โกงไป: ก่อนหน้านี้มีการค้นพบดาวเคราะห์มวลดาวพฤหัสลอยได้อย่างอิสระโดยไม่มีดาวฤกษ์แม่ แต่ก็ไม่ได้มีจำนวนมากนักและไม่เคยเป็นคู่ไบนารี่จนกระทั่งมีการศึกษาในปัจจุบัน (เอื้อเฟื้อโดย NASA/JPL-Caltech)

วัตถุมวลดาวเคราะห์ที่ลอยอย่างอิสระมากกว่า 500 ชิ้นถูกค้นพบโดยเคลื่อนผ่านเนบิวลานายพราน ต้องขอบคุณการสำรวจใหม่โดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ (JWST) น่าประหลาดที่สุด ประมาณ 40 วัตถุที่เพิ่งค้นพบเหล่านี้ในกระจุกสี่เหลี่ยมคางหมูของเนบิวลามีอยู่ในคู่ไบนารีที่กว้าง ทำให้เกิดความคาดหวังที่น่าสับสนว่าสิ่งที่เรียกว่า "ดาวเคราะห์โกง" เหล่านี้ก่อตัวได้อย่างไร

วัตถุมวลดาวเคราะห์ที่ลอยอย่างอิสระซึ่งไม่ได้โคจรรอบดาวฤกษ์เคยถูกค้นพบในบริเวณกำเนิดดาวฤกษ์มาก่อน แต่ไม่เคยมีจำนวนเท่านี้ที่ JWST มองเห็นได้ กล้องอินฟราเรดใกล้ (NIRCam). วัตถุเหล่านี้มองเห็นได้เนื่องจากยังอายุน้อยและเปล่งประกายด้วยความร้อนจากการก่อตัวของมัน เมื่อเวลาผ่านไป พวกมันจะเย็นลงและจางหายไปจากการมองเห็น

มีสองสมมติฐานว่าดาวเคราะห์ที่ลอยอย่างอิสระก่อตัวได้อย่างไร ประการหนึ่งคือพวกมันกำเนิดเหมือนดาวฤกษ์ ยุบตัวและควบแน่นโดยตรงจากเมฆโมเลกุลที่ก่อตัวดาว อีกประการหนึ่งคือก่อตัวจากการสะสมมวลสารในแกนกลางในวงโคจรรอบดาวฤกษ์อายุน้อย แต่จะถูกขับออกไปในภายหลังโดยแรงดึงดูดของคลื่นโน้มถ่วงและเสียงสะท้อน

ความลึกลับของจัมโบ้

สำหรับวัตถุมวลดาวเคราะห์ 540 ดวงส่วนใหญ่ที่พบในเนบิวลานายพราน “มันเกือบจะเป็นการผสมผสานระหว่าง [กระบวนการ] ทั้งสองอย่างอย่างแน่นอน” กล่าว ซามูเอล เพียร์สันนักวิจัยจาก European Space Agency (ESA) และผู้เขียนหลักของงานวิจัยที่ยังไม่ผ่านการพิจารณาจากผู้ทรงคุณวุฒิ พิมพ์ล่วงหน้า ในการสังเกตใหม่

อย่างไรก็ตาม ไบนารีกว้าง 40 หรือประมาณนั้น – 9% ของทั้งหมด – ไม่เหมาะกับภาพนี้ เพียร์สันเรียกพวกมันว่า JuMBO สำหรับวัตถุไบนารีมวลดาวพฤหัสบดี และพวกมันยังเป็นปริศนา

เพียร์สันอธิบายว่าปัญหาหลักคือมวลของจูเอ็มบีโอ แบบจำลองทำนายว่ามวลขั้นต่ำที่สามารถก่อตัวได้โดยตรงจากเมฆโมเลกุลนั้นมีค่าเป็นสามเท่าของมวลของดาวพฤหัสบดี ขีดจำกัดขั้นต่ำนี้เกิดขึ้นเนื่องจากวัตถุขนาดเล็กจะกักเก็บความร้อนได้ดีกว่า ซึ่งป้องกันไม่ให้หดตัวเพิ่มเติม ดังนั้นเราอาจคาดหวังว่าวัตถุที่มีมวลดาวเคราะห์ขนาดเล็กกว่า (รวมถึงวัตถุที่เล็กที่สุดในการสำรวจของ JWST ซึ่งมีมวลประมาณ 0.6 ดาวพฤหัสบดี) จะก่อตัวขึ้นจากการสะสมมวลสารของแกนกลางแทน ซึ่งก็คือจากล่างขึ้นบนเหมือนกับโลก และถูกดีดออกมา จากระบบต้นกำเนิดของพวกเขา

“แต่ตอนนี้ปัญหาก็คือเราพบพวกมันเป็นคู่” เพียร์สันกล่าว โลกฟิสิกส์. “มันเกิดขึ้นได้อย่างไร?”

สถานการณ์การก่อตัวของดาวเคราะห์

จนถึงตอนนี้มีสองตัวเลือกบนโต๊ะ ประการแรกคือฟังก์ชันมวลเริ่มต้นซึ่งอธิบายการกระจายตัวของมวลที่ดาวฤกษ์เกิดนั้นขยายไปถึงมวลที่เล็กกว่าที่ใครจะคิดได้มาก อีกประการหนึ่งก็คือ JuMBO เหล่านี้กำลังถูกขับออกจากระบบดาวเคราะห์

แม้ว่าจะไม่มีแบบจำลองที่แน่ชัดว่าคู่ไบนารี่จะถูกดีดออกมาได้อย่างไร แต่มีคำอธิบายหนึ่งที่เป็นไปได้มาจาก โรซัลบา เปอร์นา ของมหาวิทยาลัยสโตนี บรูค ร่วมกับ ยี่ฮั่น หวาง และ จ้าวฮวน จู ของมหาวิทยาลัยเนวาดาในลาสเวกัสทั้งในสหรัฐอเมริกา ใน การพิมพ์ล่วงหน้าแยกต่างหากพวกเขาเสนอแบบจำลองที่ดาวเคราะห์ยักษ์สองดวงที่โคจรรอบดาวฤกษ์ในระยะไกลมากสามารถถูกดีดออกมาได้ หากทั้งสองดวงเคลื่อนไปอยู่ในแนวเดียวกันพร้อมกับที่ระบบประสบกับการเผชิญหน้าอย่างใกล้ชิดกับดาวฤกษ์ใกล้เคียง

เพอร์นาและหวังชี้ให้เห็นว่าในแบบจำลองการก่อตัวของดาวเคราะห์ ดาวเคราะห์ยักษ์สามารถรวมตัวกันได้โดยตรงจากจานที่ก่อตัวดาวเคราะห์ที่ระยะห่างมากกว่า 50 หน่วยดาราศาสตร์ (ซึ่งก็คือ 50 เท่าของระยะห่างระหว่างโลก-ดวงอาทิตย์) จากดาวฤกษ์ของพวกมัน

“ในสถานการณ์ของเรา JuMBO ชอบก่อตัวจากระบบดาวเคราะห์ที่มีดาวเคราะห์ยักษ์สองดวงที่มีแกนกึ่งเอกอยู่ใกล้กัน” Wang และ Perna บอก โลกฟิสิกส์. “ตัวอย่างเช่น หากระบบดาวเคราะห์กว้าง รูปแบบที่เป็นไปได้มากที่สุดคือดาวเคราะห์ยักษ์ที่ ~100AU และดาวเคราะห์ยักษ์อีกดวงที่ 70AU”

ผลักดันเข้าสู่โดเมนใหม่

ใน กระดาษ เผยแพร่ในปี 2022, อเล็กซ์ ชอลซ์ แห่งมหาวิทยาลัยเซนต์แอนดรูว์ สหราชอาณาจักรและเพื่อนร่วมงานคาดการณ์ว่า JWST จะสามารถตรวจจับดาวเคราะห์โกงมวลต่ำจำนวนมากในกระจุกดาวอายุน้อยได้ Scholz กล่าวว่าการค้นพบใหม่ในเนบิวลานายพรานพิสูจน์ให้เห็นถึงข้อสรุปนี้

“วัตถุมวลดาวเคราะห์ที่เพิ่งค้นพบเหล่านี้น่าตื่นเต้นมาก พวกมันอุดมสมบูรณ์อย่างน่าประหลาดใจ และไบนารีจำนวนมากก็เป็นสิ่งที่คาดไม่ถึงเลย” เขากล่าว โลกฟิสิกส์. “นี่คือสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อคุณเข้าสู่โดเมนใหม่: คุณพบสิ่งที่ไม่คาดคิด”

ในตอนนี้ ความรับผิดชอบคือการได้รับข้อมูลเพิ่มเติม เพียร์สันและผู้เขียนร่วมของเขา มาร์ค แมคคาเรียนซึ่งเป็นที่ปรึกษาอาวุโสด้านวิทยาศาสตร์และการสำรวจของ ESA ต้องการดู JuMBO อีกครั้งในการศึกษาในอนาคต คราวนี้ใช้ JWST สเปกโตรมิเตอร์ใกล้อินฟราเรด (NIRSpec). การสังเกตการณ์เหล่านี้น่าจะยืนยันว่าพวกมันมีมวลดาวเคราะห์จริงๆ โดยการให้รายละเอียดเกี่ยวกับอุณหภูมิ แรงโน้มถ่วงพื้นผิว และองค์ประกอบของบรรยากาศ นอกเหนือจากนั้น เพียร์สันและแมคคาเรียนวางแผนที่จะมองหาวัตถุมวลดาวเคราะห์ในกระจุกดาวอายุน้อย NGC 2244 ซึ่งกำเนิดจากเนบิวลาโรเซตต์และอยู่ห่างจากโลก 5 ปีแสงในกลุ่มดาวโมโนซีรอส ดาวฤกษ์ใน NGC 000 มีความหนาแน่นน้อยกว่าดาวฤกษ์ในสี่เหลี่ยมคางหมู เพียร์สันกล่าว ซึ่งหมายความว่าโอกาสในการเผชิญหน้าดาวฤกษ์เพื่อดึงดาวเคราะห์ออกจากวงโคจรของพวกมันจะมีขนาดเล็กกว่า

“มีโอกาสน้อยที่จะเกิดขึ้นในพื้นที่กระจัดกระจาย ดังนั้นหากเราหยุดเห็น JuMBO โดยกะทันหัน นั่นอาจเป็นควันบุหรี่สำหรับวิธีที่สิ่งเหล่านี้กำลังก่อตัว” เขาอธิบาย

แม้ว่าไม่ค่อยมีใครรู้จักวัตถุมวลดาวเคราะห์ปลอมเหล่านี้ แต่ Pearson กล่าวว่าอาจมีวัตถุเหล่านี้ในกาแลคซีทางช้างเผือกของเรามากกว่าที่มีดาวฤกษ์ ทำให้เกิดคำถามว่าจะนิยามพวกมันได้อย่างไร พวกมันเป็นดาวเคราะห์ ดาวแคระน้ำตาล หรืออย่างอื่น เนื่องจากเส้นแบ่งที่พร่ามัวระหว่างหมวดหมู่เหล่านี้ จึงอาจไม่สำคัญ และ Pearson ก็ไม่แยแสการสนทนาดังกล่าว

“การที่เราพยายามนิยามสิ่งเหล่านี้เป็นวิธีที่ดีในการก่อให้เกิดการโต้แย้ง” เขากล่าวพร้อมหัวเราะ

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก โลกฟิสิกส์

ถามฉันอะไรก็ได้: Moiya McTier – 'ไม่มีอะไรน่าตื่นเต้นไปกว่าการยืนอยู่บนเวทีต่อหน้าฝูงชนที่เต็มไปด้วยคนที่อยากรู้อยากเห็น' – Physics World

คลัสเตอร์ต้นทาง:
โหนดต้นทาง: 1845903
ประทับเวลา: มิถุนายน 9, 2023