Forskere måler centrifugeringshastighederne for kroppe, der antages at være enten planeter eller små mislykkede stjerner

At tage et billede af en exoplanet - en planet i et solsystem hinsides vores sol - er ingen let opgave. Lyset fra en planets forældre stjerne overskygger langt lyset fra selve planeten, gør planeten vanskelig at se. Selvom det stadig ikke er muligt at tage et billede af en lille stenet planet som Jorden, forskere har gjort fremskridt ved at snappe billeder af omkring 20 gigantiske planetlignende kroppe. Disse genstande, kendt som planetariske masse-ledsager, er mere massive end Jupiter, kredser langt fra deres stjerners skær, og er unge nok til stadig at gløde af varme fra deres dannelse - alle træk, der gør dem nemmere at fotografere.

Men et stort spørgsmål er tilbage:Er disse planetariske kammerater faktisk planeter, eller er det i stedet små "mislykkede" stjerner kaldet brune dværge? Brune dværge dannes ligesom stjerner gør - ud af kollapsende gasskyer - men de mangler massen til at antænde og skinne med stjernelys. De kan findes svævende alene i rummet, eller de kan findes i kredsløb med andre brune dværge eller stjerner. De mindste brune dværge ligner Jupiter i størrelse og vil ligne en planet, når de kredser om en stjerne.

Forskere ved Caltech har taget en ny tilgang til mysteriet:de har målt spin-raterne for tre af de fotograferede planetariske-masse-ledsagere og sammenlignet dem med spin-hastigheder for små brune dværge. Resultaterne giver et nyt sæt spor, der antyder, hvordan ledsagerne kan have dannet sig.

"Disse ledsagere med deres store masser og brede adskillelser kunne have dannet sig enten som planeter eller brune dværge, " siger kandidatstuderende Marta Bryan (MS '14), hovedforfatter af en ny undersøgelse, der beskriver resultaterne i tidsskriftet Natur astronomi . "I dette studie, vi ønskede at kaste lys over deres oprindelse."

"Disse nye spin-målinger tyder på, at hvis disse kroppe er massive planeter, der ligger langt væk fra deres stjerner, de har egenskaber, der minder meget om dem for de mindste brune dværge, "siger Heather Knutson, professor i planetarisk videnskab ved Caltech og medforfatter til papiret.

Astronomerne brugte W. M. Keck Observatory på Hawaii - som administreres af Caltech, University of California, og NASA - for at måle spinhastigheden, eller længden af ​​en dag, af tre ledsagere på planetarisk masse kendt som ROXs 42B b, GSC 6214-210 b, og VHS 1256-1257 b. De brugte et instrument på Keck kaldet Near Infrared Spectrograph (NIRSpec) til at dissekere lyset, der kom fra ledsagerne. Mens objekterne spinder om deres akser, lyset fra den side, der vender mod os, skifter til kortere, blåere bølgelængder, mens lyset fra den tilbagegående side skifter til længere, rødere bølgelængder. Graden af ​​denne forskydning angiver hastigheden af ​​et roterende legeme. Resultaterne viste, at de tre ledsagers centrifugeringshastigheder lå mellem 6 og 14 kilometer i sekundet, svarende til rotationshastigheder på vores solsystems gasgigantplaneter Saturn og Jupiter.

Til undersøgelsen, forskerne inkluderede også de to planetariske kammerater, for hvilke spinhastigheder allerede var blevet målt. En, β Pictoris b, har en rotationshastighed på 25 kilometer i sekundet-den hurtigste rotationshastighed af nogen planetmassa, der er målt hidtil.

Forskerne sammenlignede spin-hastighederne for de fem ledsagere med dem, der tidligere blev målt for små fritsvævende brune dværge. Omfanget af rotationshastigheder for de to populationer kunne ikke skelnes. Med andre ord, ledsagerne hvirvler rundt om deres egne akser med omtrent samme hastighed som deres fritsvævende brun-dværg-modstykker.

Resultaterne tyder på to muligheder. Den ene er, at planetmassafællerne faktisk er brune dværge. Den anden mulighed er, at de ledsagere, der blev set på i denne undersøgelse, er planeter, der er dannet, ligesom planeter gør, ud af skiver af materiale, der hvirvler rundt om deres stjerner, men af ​​årsager, der endnu ikke er forstået, genstandene endte med spin-hastigheder svarende til brune dværge. Nogle forskere mener, at både nydannede planeter og brune dværge er omkranset af miniaturegasdiske, der kan være med til at bremse deres centrifugeringshastigheder. Med andre ord, lignende fysiske processer kan efterlade planeter og brune dværge med lignende centrifugeringshastigheder.

"Det er et spørgsmål om natur versus næring, " siger Knutson. "Blev de planetariske ledsagere født som brune dværge, eller endte de bare med at opføre sig som dem med lignende spins? "

Teamet siger også, at ledsagerne snurrer langsommere end forventet. Voksende planeter har en tendens til at blive spundet op af det materiale, de trækker ind fra en omgivende gasskive, på samme måde som snurrende skøjteløbere øger deres hastighed, eller vinkelmoment, når de trækker deres arme ind. De relativt langsomme rotationshastigheder observeret for disse objekter indikerer, at de effektivt var i stand til at bremse denne spin-up proces, måske ved at overføre noget af dette vinkelmomentum tilbage til omsluttende gasskiver. Forskerne planlægger fremtidige undersøgelser af centrifugeringshastigheder for yderligere at undersøge sagen.

"Spin-hastigheder af planetariske kroppe uden for vores solsystem er ikke blevet fuldt ud undersøgt, "siger Bryan." Vi er lige nu begyndt at bruge dette som et redskab til at forstå dannelseshistorier for planetmasseobjekter. "