Dzięki misji Kepler i innym wysiłkom zmierzającym do znalezienia egzoplanet dowiedzieliśmy się wiele o populacji egzoplanet. Wiemy, że prawdopodobnie znajdziemy egzoplanety o masie Neptun i Neptun krążące wokół gwiazd o niskiej masie, podczas gdy większe planety znajdują się wokół bardziej masywnych gwiazd. Jest to zgodne z podstawową teorią akrecji formacji planetarnej.
Ale nie wszystkie nasze obserwacje są zgodne z tą teorią. Odkrycie planety podobnej do Jowisza krążącej wokół małego czerwonego karła oznacza, że nasze zrozumienie formacji planetarnej może nie być tak jasne, jak nam się wydawało. Druga teoria powstawania planet, zwana teorią niestabilności dysku, może wyjaśnić to zaskakujące odkrycie.
Czerwona gwiazda karła nazywa się GJ 3512 i znajduje się około 31 lat świetlnych od nas w Ursa Major. GJ 3512 jest masą równą 0,12 masy Słońca, a planeta GJ 3512b jest co najmniej 0,46 masą Jowisza. Oznacza to, że gwiazda jest tylko około 250 razy masywniejsza niż planeta. Nie tylko to, ale to tylko około 0,3 AU od gwiazdy.
Porównaj to z naszym Układem Słonecznym, gdzie Słońce jest ponad 1000 razy masywniejsze niż największa planeta, Jowisz. Liczby te nie sumują się, jeśli chodzi o teorię akrecji rdzeniowej.
Teoria akrecji rdzenia jest najbardziej rozpowszechnioną teorią formacji planetarnej. Akrecja rdzenia następuje, gdy małe cząstki stałe zderzają się i koagulują, tworząc większe ciała. Przez długi czas buduje planety. Istnieje jednak ograniczenie tego, jak to działa.
Po utworzeniu się stałego rdzenia o wielkości około 10-20 razy większej od Ziemi, jest wystarczająco masywny, aby pomieścić gaz, który tworzy otoczkę lub atmosferę wokół stałego rdzenia. Kluczem jest to, że akrecja rdzenia działa inaczej w zależności od odległości od gwiazdy.
W wewnętrznym Układzie Słonecznym gwiazda pochłonęła większość dostępnego materiału i powstają mniejsze planety, takie jak Ziemia. Ziemia ma również stosunkowo małą atmosferę. W zewnętrznym Układzie Słonecznym, poza tak zwaną linią mrozu, istnieje znacznie więcej materiału z planet do formowania, chociaż materiał jest mniej gęsty. W ten sposób powstaje gazowy gigant o dużej atmosferze w zewnętrznym Układzie Słonecznym.
Ale w przypadku GJ 3512 badacze znaleźli pewne sprzeczności z wyjaśnieniem rdzenia akrecyjnego. Przede wszystkim powodem niskiej masy gwiazd jest to, że cały dysk, z którego tworzą się, ma mniej materiału. Gwiazdy takie jak GJ 3512 po prostu zabrakło materiału, zanim mogły stać się bardzo duże. Z tego samego powodu na dysku protoplanetarnym pozostało mniej materiału do formowania dużych planet.
W swoim artykule mówią, że „Utworzenie giganta gazowego <GJ 3512b> w ten sposób wymaga zbudowania dużego jądra planetarnego o co najmniej 5 masach Ziemi”. Mówią, że nie może się to zdarzyć wokół tak małej gwiazdy.
Ten nowy system gwiezdny wydaje się wykluczać podstawową teorię akrecji jako wyjaśnienie. Planeta jest po prostu zbyt masywna w porównaniu do gwiazdy. Ale istnieje inna teoria zwana teorią niestabilności dysku.
Kiedy młoda gwiazda rodzi się w fuzji, otoczona jest obracającym się protoplanetarnym dyskiem materiału, który pozostał z formowania się gwiazdy. Z tego materiału powstają planety. Teoria niestabilności dysku mówi, że wirujący dysk materiału może szybko się ochłodzić. To szybkie chłodzenie może powodować koagulację materiału do kawałków wielkości planety, które mogą zapaść się pod wpływem własnej grawitacji, tworząc gigantów gazowych, pomijając proces akrecji rdzenia.
Podczas gdy akrecja rdzenia zajęłaby dużo czasu, niestabilność dysku mogłaby tworzyć duże planety w znacznie krótszym czasie. To może tłumaczyć znajdowanie dużych planet tak blisko małych gwiazd, jak w przypadku GJ 3512.
Naukowcy stojący za tą pracą odkryli również inne osobliwości w tym systemie. Mówią, że w systemie może znajdować się trzecia planeta - także gazowy gigant - który wpłynął na GJ 3512b, powodując jego wydłużoną orbitę. Obecność tej planety wywodzi się z niezwykłej orbity GJ 3512b i nie została zaobserwowana. Zespół odpowiedzialny za badanie twierdzi, że druga planeta została prawdopodobnie wyrzucona z systemu i jest teraz nieuczciwą planetą.
Potrzeba więcej badań z mocniejszymi instrumentami, aby lepiej zrozumieć ten system. Według autorów jest to świetna okazja, aby dopracować nasze teorie formacji planetarnej. Jak mówią w podsumowaniu artykułu: „GJ 3512 to bardzo obiecujący system, ponieważ można go w pełni scharakteryzować, a tym samym nadal nakładać surowe ograniczenia na procesy akrecji i migracji, a także na efektywność formowania się planet w dyskach protoplanetarnych i dysku stosunek masy do gwiazdy.
Międzynarodowy zespół naukowców z konsorcjum CARMENES (poszukiwanie wysokiej rozdzielczości Calar Alto karłów M z egzoearthami z bliskiej podczerwieni i optycznymi spektrografami Echelle) wykonał tę pracę. Konsorcjum szuka czerwonych karłów, najczęstszego rodzaju gwiazdy w galaktyce, w nadziei znalezienia planet o niskiej masie w strefach zamieszkiwania. CARMENES nie tylko generuje zestaw danych do zrozumienia gwiazd czerwonego karła, ale dzięki znalezieniu planet wielkości Ziemi dostarczy bogaty zestaw celów kontrolnych do przyszłych badań.
Więcej:
- Informacja prasowa: Gigantyczna egzoplaneta wokół maleńkiej gwiazdy rzuca wyzwanie zrozumieniu, jak formują się planety
- Artykuł badawczy: Gigantyczna egzoplaneta krążąca wokół gwiazdy o bardzo niskiej masie stanowi wyzwanie dla modeli formowania się planet
- PlanetHunters.org: Co naprawdę rozumiemy na temat formacji planetarnej?
- Artykuł badawczy: SCENARIUSZE FORMACJI PLANETARNEJ PRZEGLĄDOWANE: AKTUALNOŚĆ I ZAKRES AKTYWNOŚCI DYSKU
- CARMENES
