Mange gasgigantiske exoplaneter venter på at blive opdaget

Der er en endnu uset befolkning af Jupiter-lignende planeter, der kredser omkring nærliggende sollignende stjerner, afventer opdagelse af fremtidige missioner som NASAs WFIRST rumteleskop, ifølge nye modeller af gasgigantplanetdannelse af Carnegies Alan Boss, beskrevet i en kommende publikation i The Astrofysisk tidsskrift . Hans modeller er understøttet af en ny Videnskab papir om den overraskende opdagelse af en gasgigantplanet, der kredser om en lavmassestjerne.

"Astronomer har slået en bonanza i at søge efter og opdage exoplaneter af enhver størrelse og stribe siden den første bekræftede exoplanet, en varm Jupiter, blev opdaget i 1995, Boss forklarede. "Bogstaveligt talt tusinder og atter tusinder er blevet fundet til dato, med masser, der varierer fra mindre end Jordens, til mange gange Jupiters masse."

Men der er stadig gabende huller i forskernes viden om exoplaneter, der kredser om deres stjerner i afstande svarende til dem, hvor vores solsystems gasgiganter kredser om Solen. Med hensyn til masse og omløbsperiode, planeter som Jupiter repræsenterer en særlig lille befolkning af de kendte exoplaneter, men det er endnu ikke klart, om dette skyldes skævheder i de observationsteknikker, der bruges til at finde dem - som favoriserer planeter med kort-periode-baner frem for dem med lang-periode-baner - eller om dette repræsenterer et faktisk underskud i exoplanet-demografi.

Alle de seneste opdagelser af exoplaneter har ført til et fornyet fokus på teoretiske planetdannelsesmodeller. Der eksisterer to primære mekanismer til at forudsige, hvordan gasgigantiske planeter dannes ud fra den roterende skive af gas og støv, der omgiver en ung stjerne - nedefra og op, kaldet core accretion, og top-down, kaldet diskustabilitet.

Førstnævnte henviser til langsomt at bygge en planet gennem kollisioner af stadigt større materiale - faste støvkorn, småsten, kampesten, og til sidst planetesimals. Sidstnævnte refererer til en hurtigt udløst proces, der opstår, når skiven er massiv og kølig nok til at danne spiralarme og derefter tætte klumper af selvgraviterende gas og støv trækker sig sammen og samles til en babyplanet.

Mens kernetilvækst betragtes som konsensusplanetdannelsesmekanismen, Boss har længe været en fortaler for den konkurrerende diskustabilitetsmekanisme, går tilbage til et banebrydende 1997 Videnskab papir.

Den netop offentliggjorte opdagelse af et hold ledet af Institute for Space Studies i Catalonien af ​​en stjerne, der er en tiendedel af vores sols masse og er vært for mindst én gasgigantisk planet, udfordrer kerne-tilvækstmetoden.

Massen af ​​en skive skal være proportional med massen af ​​den unge stjerne, som den roterer omkring. Det faktum, at mindst én gaskæmpe - muligvis to - blev fundet omkring en stjerne, der er så meget mindre end vores sol, indikerer, at enten den oprindelige skive var enorm, eller at core accretion ikke virker i dette system. Omløbsperioder for stjerner med lavere masse er længere, som forhindrer kernetilvækst i at danne gasgiganter, før skivegassen forsvinder, da core accretion er en meget langsommere proces end diskustabilitet, ifølge Boss.

"Det er en stor retfærdiggørelse for diskustabilitetsmetoden og en demonstration af, hvordan en usædvanlig opdagelse kan svinge pendulet på vores forståelse af, hvordan planeter dannes, " sagde et af IEEC-forskerteamets medlemmer, Guillem Anglada-Escudé, selv en tidligere Carnegie postdoc.

Boss' seneste simuleringer følger den tredimensionelle udvikling af hot disks, der starter i en stabil konfiguration. På forskellige tidsskalaer, disse skiver afkøles og danner spiralarme, resulterer i sidste ende i tætte klumper, der repræsenterer nyfødte protoplaneter. Deres masser og afstande fra værtsstjernen svarer til Jupiters og Saturns.

"Mine nye modeller viser, at diskustabilitet kan danne tætte klumper i afstande svarende til dem fra Solsystemets gigantiske planeter, " sagde chefen. "Exoplanettællingen er stadig meget i gang, og dette arbejde tyder på, at der er mange flere gasgiganter derude, der venter på at blive talt."