Exoplanetopdagelse udvisker grænsen mellem store planeter og små stjerner

Opdagelsen af ​​endnu en exoplanet er ikke længere nyheder. Mere end 4, 000 planeter omkring andre stjerner er nu blevet fundet siden opdagelsen af ​​den første i 1995. Som astronomer længe har haft mistanke om, eller i det mindste håbet, det ser ud til, at planeter er allestedsnærværende i stjernesystemer, og der er sandsynligvis flere planeter end stjerner i vores galakse.

Men en ny opdagelse af en stor planet, der kredser om den lille stjerne GJ3512, er værd at bemærke. Papiret, udgivet i Videnskab , udfordrer vores forståelse af, hvordan planeter dannes - og udvisker yderligere grænsen mellem små, kølige stjerner kendt som brune dværge og planeter.

Stjernen selv er en rød dværg, omkring 30 lysår væk, med en lysstyrke på mindre end 0,2 % af solens. Den har omkring 12 % af solens masse og 14 % af dens radius. Så fedt, svage stjerner er faktisk de mest almindelige stjerner i galaksen, men kun hver tiende af de kendte exoplaneter har vist sig at kredse om røde dværge.

Dette er sandsynligvis en selektionseffekt. Røde dværge er så svage, at det er svært at opdage deres planeter med "Doppler-skiftmetoden". Dette er afhængigt af at detektere, hvordan stjernelysets bølgelængde periodisk bliver flyttet (til blåt eller rødt) med en lille smule, når den usete planet kredser, trækker stjernen frem og tilbage. Flere af de andre planeter, der er blevet opdaget i kredsløb om røde dværgstjerner, er i stedet blevet fundet ved transitmetoden – ved at se på, hvordan en stjernes lys dæmpes, når en planet passerer foran den.

Det, der får den nye opdagelse til at skille sig ud, er, at planeten, døbt GJ3512b, er en gasgigant i en 204-dages elliptisk bane. Planeten har en masse på mindst halvdelen af ​​Jupiters masse, og dens diameter er sandsynligvis omkring 70 % af den stjerne, den kredser om. Det er derfor en af ​​de største planeter, der er kendt for at kredse om en så lille stjerne i så bred en bane – og dette udgør et problem for at forstå, hvordan den er dannet.

Planetdannelse

Vores solsystem blev født ud af en "protoplanetarisk skive" - ​​en sky, der indeholder tæt gas og støv, der omgiver vores nydannede sol.

Den mest almindeligt accepterede forklaring på, hvordan gasgigantplaneterne blev dannet, er, at stenede iskolde kerner blev skabt ved ophobning af mindre kroppe i de ydre områder af skiven. Dette fortsatte, indtil disse kerner havde bygget op til omkring ti jordmasser. På dette tidspunkt, de var i stand til at samle en brint- og heliumhylster, før planeterne migrerede til den indvendige kant af skiven, eller disken spredt.

Sådan antages gasgigantplaneter at dannes i de fleste exoplanetariske systemer, herunder såkaldte "hot-Jupiters" opdaget tæt på, kredser om deres stjerner. Men det er svært at se, hvordan planeter kunne dannes på denne måde omkring en stjerne med lav masse – skiven ville ikke være massiv nok.

Et alternativt scenarie er sandsynligvis sket i tilfældet med GJ3512b - og potentielt mange andre planetsystemer derude. Her, det ser ud til, at planeten kan være dannet ved direkte fragmentering af den protoplanetariske skive. Det betyder, at en del af skiven kollapsede og kondenserede (skiftede fra gas til en væske og derefter fast) til en stor krop, uden behov for at bygge op ved ophobning af mindre sten. Dette svarer til den måde, hvorpå stjerner selv normalt dannes.

Holdet bag den nye undersøgelse rapporterer yderligere beviser for denne dannelsesrute fra antydninger af en anden kæmpe exoplanet i systemet (foreløbigt kaldet GJ3512c) med en omløbsperiode på over 1, 400 dage. Dette kan også forklare den usædvanligt excentriske bane for GJ3512b, hvilket kan være et resultat af interaktioner mellem de to planeter kort efter planeternes dannelse. Denne proces ville have slynget en tredje planet ud af systemet. Og hvis der engang eksisterede tre store planeter omkring sådan en lille stjerne, den eneste måde, de kunne være dannet på, er ved direkte fragmentering af disken.

Stjerne mod planet

Opdagelsen af ​​dette system har også betydning for debatten om, hvad der udgør en brun dværgstjerne, og hvad der udgør en planet. Brune dværge er stjerner, der ikke formåede at starte kernefusion i deres kerne, og har derfor en masse under omkring 8 % af solens eller omkring 85 Jupiter-masser.

De kendte brune dværge med laveste masse har masser så små som 12 gange større end Jupiter, mens de kendte planeter med højeste masse har masser op til 30 gange større end Jupiter. Så, hvis de mest massive planeter er tungere end de mindst massive stjerner – hvad er det, der adskiller en stjerne fra en planet?

Et svar er at sige, at stjerner dannes ligesom stjerner gør, og planeter dannes ligesom planeter gør, så masse er til en vis grad irrelevant. Problemet er, at vi normalt ikke kan fortælle, hvordan en individuel planet eller brun dværg blev dannet. I tilfælde af GJ3512b, den sandsynlige dannelsesmetode ligner mere en stjernes end en planets.

Så billedet er endnu mere forvirret, end det var før, og kan kun løses ved fremtidige opdagelser. En forøgelse af tællingen af ​​planetsystemer vil i sidste ende vise, hvilke dannelsesmekanismer der er mest almindelige.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons -licens. Læs den originale artikel.