Cặp hành tinh lang thang được tìm thấy trong Tinh vân Orion – Vật lý Thế giới

Hơn 500 vật thể có khối lượng hành tinh trôi nổi tự do đã được phát hiện lang thang trong Tinh vân Orion nhờ những quan sát mới của Kính viễn vọng Không gian James Webb (JWST). Điều kỳ lạ nhất là khoảng 40 vật thể mới được tìm thấy trong Cụm hình thang của tinh vân tồn tại thành các cặp nhị phân rộng, làm đảo lộn những kỳ vọng về cách thức hình thành cái gọi là “hành tinh giả mạo” này.

Các vật thể có khối lượng hành tinh trôi nổi tự do không quay quanh một ngôi sao đã được phát hiện ở các khu vực hình thành sao trước đây, nhưng chưa bao giờ với số lượng mà JWST nhìn thấy được. Camera hồng ngoại gần (NIRCam). Những vật thể này có thể nhìn thấy được vì chúng vẫn còn trẻ và đang phát sáng nhờ sức nóng của quá trình hình thành. Theo thời gian, chúng sẽ nguội đi và mờ dần khỏi tầm nhìn.

Có hai giả thuyết về cách các hành tinh trôi nổi tự do như vậy hình thành. Một là chúng có nguồn gốc giống như các ngôi sao, sụp đổ và ngưng tụ trực tiếp từ đám mây phân tử hình thành sao. Thứ hai là chúng hình thành thông qua quá trình bồi tụ lõi trong quỹ đạo xung quanh các ngôi sao trẻ, sau đó bị đẩy ra ngoài bởi lực hấp dẫn thủy triều và sự cộng hưởng.

Một bí ẩn JuMBO

Đối với hầu hết trong số 540 vật thể có khối lượng hành tinh được tìm thấy trong Tinh vân Orion, “gần như chắc chắn nó sẽ là sự kết hợp của cả hai [quá trình],” nói Samuel Pearson, một nhà nghiên cứu tại Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA) và là tác giả chính của một nghiên cứu chưa được bình duyệt in trước về những quan sát mới.

Tuy nhiên, khoảng 40 nhị phân rộng - 9% trong tổng số - không phù hợp với bức tranh này. Pearson gọi chúng là JuMBO, nghĩa là Vật thể nhị phân khối lượng lớn của Sao Mộc, và chúng là một bí ẩn.

Pearson giải thích, vấn đề chính là khối lượng của JuMBO. Các mô hình dự đoán rằng khối lượng tối thiểu có thể hình thành trực tiếp từ đám mây phân tử gấp ba lần khối lượng của Sao Mộc. Giới hạn tối thiểu này phát sinh vì các vật thể nhỏ hơn có khả năng giữ nhiệt tốt hơn, giúp chúng không bị co lại nữa. Do đó, người ta có thể mong đợi các vật thể có khối lượng hành tinh nhỏ hơn (bao gồm cả vật thể nhỏ nhất trong các quan sát JWST, có khối lượng khoảng 0.6 lần sao Mộc) thay vào đó đã hình thành thông qua quá trình bồi tụ lõi – nghĩa là từ dưới lên, giống như Trái đất – và đã bị đẩy ra ngoài. từ hệ thống nguồn gốc của họ.

“Nhưng vấn đề bây giờ là chúng ta phải tìm chúng theo cặp,” Pearson nói. Thế giới vật lý. “Làm thế quái nào mà điều đó lại xảy ra được?”

Kịch bản hình thành hành tinh

Cho đến nay, có hai lựa chọn trên bàn. Một là hàm khối lượng ban đầu, mô tả sự phân bố khối lượng mà các ngôi sao sinh ra, mở rộng đến những khối lượng nhỏ hơn nhiều so với những gì bất kỳ ai nhận ra. Vấn đề còn lại là những JuMBO này bằng cách nào đó đang bị đẩy ra khỏi các hệ hành tinh.

Mặc dù không có mô hình chắc chắn nào về cách một cặp nhị phân có thể bị loại bỏ, nhưng một lời giải thích khả dĩ đến từ Rosalba Perna của Đại học Stony Brook, cùng với Dịch Hán Vương và Triệu Hoàn Chu của Đại học Nevada ở Las Vegas, cả hai đều ở Mỹ. TRONG một bản in trước riêng biệt, họ đề xuất một mô hình trong đó hai hành tinh khổng lồ quay quanh một khoảng cách rất xa so với ngôi sao của chúng đều có thể bị đẩy ra ngoài nếu chúng tình cờ chuyển động thẳng hàng cùng lúc khi hệ trải qua một cuộc chạm trán gần với một ngôi sao ở gần.

Perna và Wang chỉ ra rằng trong các mô hình hình thành hành tinh, các hành tinh khổng lồ có thể kết hợp trực tiếp ra khỏi đĩa hình thành hành tinh ở khoảng cách hơn 50 đơn vị thiên văn (tức là gấp 50 lần khoảng cách Trái đất-Mặt trời) tính từ ngôi sao của chúng.

Wang và Perna nói: “Trong kịch bản của chúng tôi, JuMBO thích hình thành từ các hệ hành tinh có hai hành tinh khổng lồ có trục bán lớn gần nhau”. Thế giới vật lý. “Ví dụ: nếu hệ hành tinh rộng, cấu hình rất có thể là một hành tinh khổng lồ ở ~ 100AU và một hành tinh khổng lồ khác ở 70AU.”

Đẩy vào một miền mới

Trong một giấy xuất bản năm 2022, Aleks Scholz của Đại học St Andrews, Vương quốc Anh và các đồng nghiệp dự đoán rằng JWST sẽ có thể phát hiện một số lượng đáng kể các hành tinh giả có khối lượng thấp trong các cụm sao trẻ. Scholz cho biết những phát hiện mới về Tinh vân Orion chứng minh cho kết luận này.

“Những vật thể có khối lượng hành tinh mới được phát hiện này thực sự rất thú vị – chúng phong phú một cách đáng ngạc nhiên và số lượng lớn các hệ sao đôi là hoàn toàn bất ngờ,” ông nói. Thế giới vật lý. “Đây là điều xảy ra khi bạn dấn thân vào một lĩnh vực mới: bạn tìm thấy những điều không ngờ tới.”

Hiện tại, trách nhiệm là thu thập thêm dữ liệu. Pearson và đồng tác giả Mark McCaughrean, cố vấn cao cấp của ESA về khoa học và thám hiểm, muốn xem xét lại JuMBO trong một nghiên cứu trong tương lai, lần này sử dụng JWST Máy quang phổ cận hồng ngoại (NIRSpec). Những quan sát này sẽ xác nhận rằng chúng thực sự có khối lượng hành tinh bằng cách cung cấp chi tiết về nhiệt độ, trọng lực bề mặt và thành phần khí quyển của chúng. Ngoài ra, Pearson và McCaughrean có kế hoạch tìm kiếm các vật thể có khối lượng hành tinh trong cụm sao trẻ, NGC 2244, được sinh ra từ Tinh vân Rosette và nằm cách chòm sao Monoceros 5 000 năm ánh sáng. Các ngôi sao trong NGC 2244 có mật độ ít hơn so với các ngôi sao trong Trapezium, Pearson nói, nghĩa là cơ hội cho các cuộc chạm trán của các ngôi sao kéo các hành tinh khỏi quỹ đạo của chúng trở nên mỏng hơn.

Canh bạc trị giá XNUMX tỷ đô la: Tại sao sự chậm trễ của JWST lại mang lại lợi ích cho khoa học ngoại hành tinh

Ông giải thích: “Điều này ít có khả năng xảy ra ở những khu vực thực sự thưa thớt, vì vậy nếu chúng ta đột nhiên ngừng nhìn thấy JuMBO, đó sẽ là dấu hiệu rõ ràng về cách chúng hình thành”.

Mặc dù người ta biết rất ít về những vật thể có khối lượng hành tinh bất hảo này, Pearson cho biết có thể có nhiều chúng trong thiên hà Milky Way của chúng ta hơn là số lượng các ngôi sao. Điều này đặt ra câu hỏi về cách xác định chúng: chúng là hành tinh, sao lùn nâu hay thứ gì khác? Với ranh giới vốn đã mờ nhạt giữa các danh mục này, điều đó có thể không thành vấn đề và Pearson đang tránh xa các cuộc thảo luận như vậy.

“Cách chúng ta cố gắng xác định chúng là một cách tuyệt vời để gây ra tranh cãi,” anh cười nói.

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
• PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
• Trung tâmESG. Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
• PlatoSức khỏe. Tình báo thử nghiệm lâm sàng và công nghệ sinh học. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://physicsworld.com/a/pairs-of-rogue-planets-found-wandering-in-the-orion-nebula/