Gravitationskræfter i protoplanetariske skiver kan skubbe superjorden tæt på deres stjerner

Galaksen er fyldt med planetsystemer, der er vidt forskellige fra vores. I solsystemet, planeten tættest på Solen - Merkur, med en kredsløb på 88 dage — er også den mindste. Men NASAs Kepler-rumfartøj har opdaget tusindvis af systemer fulde af meget store planeter - kaldet super-jorde - i meget små baner, der glider rundt om deres værtsstjerne flere gange hver 10. dag.

Nu, forskere har muligvis en bedre forståelse af, hvordan sådanne planeter blev dannet.

Et hold af Penn State-ledede astronomer fandt ud af, at når planeter dannes ud af den kaotiske gravitation, hydrodynamisk – eller, modstand – og magnetiske kræfter og kollisioner i det støvede, gasformig protoplanetskive, der omgiver en stjerne, når et planetsystem begynder at dannes, disse planeters kredsløb bliver til sidst synkroniseret, får dem til at glide – følg lederstilen – mod stjernen. Holdets computersimuleringer resulterer i planetariske systemer med egenskaber, der matcher de faktiske planetsystemer, observeret af Kepler-rumteleskopet af solsystemer. Både simuleringer og observationer viser store, stenet superjord, der kredser meget tæt på deres værtsstjerner, ifølge Daniel Carrera, assisterende forskningsprofessor i astronomi ved Penn State's Eberly College of Science.

Han sagde, at simuleringen er et skridt i retning af at forstå, hvorfor superjorderne samles så tæt på deres værtsstjerner. Simuleringerne kan også kaste lys over, hvorfor superjorden ofte er placeret så tæt på deres værtsstjerne, hvor der ikke ser ud til at være nok fast materiale i den protoplanetariske skive til at danne en planet, endsige en stor planet, ifølge forskerne, der rapporterer deres resultater i Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society .

"Når stjerner er meget unge, de er omgivet af en skive, der for det meste er gas med noget støv - og det støv vokser ind i planeterne, som jorden og disse superjorder, " sagde Carrera. "Men det særlige puslespil for os er, at denne skive ikke går hele vejen til stjernen - der er et hulrum der. Og alligevel ser vi disse planeter tættere på stjernen end kanten af ​​den skive."

Astronomernes computersimulering viser, at over tid, planeternes og skivens gravitationskræfter låser planeterne i synkroniserede baner – resonans – med hinanden. Planeterne begynder så at migrere i forening, med nogle, der bevæger sig tættere på kanten af ​​disken. Kombinationen af ​​gasskiven, der påvirker de ydre planeter, og tyngdekraftens vekselvirkninger mellem de ydre og indre planeter kan fortsætte med at skubbe de indre planeter meget tættere på stjernen, jævnt indvendigt til kanten af ​​disken.

"Med de første opdagelser af Jupiter-størrelse exoplaneter, der kredser tæt på deres værtsstjerne, astronomer blev inspireret til at udvikle flere modeller for, hvordan sådanne planeter kunne dannes, inklusive kaotiske interaktioner i flere planetsystemer, tidevandseffekter og migration gennem gasskiven, " sagde Eric Ford, professor i astronomi og astrofysik, direktør for Penn State's Center for Exoplanets and Habitable Worlds og Institut for CyberScience (ICS) medlejer. "Imidlertid, disse modeller forudsagde ikke de nyere opdagelser af planeter i superjordstørrelse, der kredsede så tæt på deres værtsstjerne. Nogle astronomer havde foreslået, at sådanne planeter måtte være dannet meget tæt på deres nuværende placering. Vores arbejde er vigtigt, fordi det demonstrerer, hvordan planeter i superjordstørrelse med kort periode kunne have dannet sig og migreret til deres nuværende placeringer takket være de komplekse interaktioner mellem flere planetsystemer."

Carrera sagde, at der er mere arbejde tilbage for at bekræfte, at teorien er korrekt.

"Vi har vist, at det er muligt for planeter at komme så tæt på en stjerne i denne simulering, men det betyder ikke, at det er den eneste måde, universet valgte at lave dem på, " sagde Carrera. "Nogen kan komme med en anden idé om en måde at få planeterne så tæt på en stjerne. Og, så, næste skridt er at teste ideen, revidere det, lave forudsigelser, som du kan teste mod observationer."

Fremtidig forskning kan også undersøge, hvorfor vores superjordløse solsystem er anderledes end de fleste andre solsystemer, Carrera tilføjede.

"Superjorde i meget tætte baner er langt den mest almindelige type exoplanet, som vi observerer, og alligevel eksisterer de ikke i vores eget solsystem, og det får os til at spekulere på hvorfor, " sagde Carrera.

Ifølge forskerne, de bedst offentliggjorte skøn tyder på, at omkring 30 procent af sollignende stjerner har nogle planeter tæt på værtsstjernen, end Jorden er i forhold til Solen. Imidlertid, de bemærker, at yderligere planeter kan forblive uopdagede, især små planeter langt fra deres stjerne.