Hvor kommer alle disse slyngelplaneter fra?

Et nyt papir med titlen "Om egenskaberne af frit svævende planeter med oprindelse i cirkumbinære planetsystemer" tacklede problemet. Forfatteren er Gavin Coleman fra Institut for Fysik og Astronomi ved Queen Mary University of London. Artiklen vil blive offentliggjort i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society og er tilgængelig på arXiv preprint server.

I sit papir påpeger Coleman, at forskere har undersøgt, hvordan FFP'er dannes, men der er mere at gøre. "Tallige værker har udforsket mekanismer til at danne sådanne objekter, men har endnu ikke givet forudsigelser om deres fordelinger, der kunne skelne mellem dannelsesmekanismer," skriver han.

Coleman fokuserer på udstødte stjerner frem for stjerner, der er dannet som slyngler. Han undgår slyngelplaneter, der er et resultat af interaktioner med andre planeter, fordi planet-planet-spredning ikke er så væsentlig som andre typer af udkast. "Det er værd at bemærke, at planet-planet-spredning omkring enkelte stjerner ikke kan forklare det store antal FFP'er, der ses i observationer," forklarer Coleman.

Coleman fremhæver binære stjernesystemer og deres cirkumbinære planeter i sit arbejde. Tidligere forskning viser, at planeter naturligt udstødes fra cirkumbinære systemer. I sin forskning simulerede Coleman binære stjernesystemer og hvordan planeter udstødt fra disse systemer opfører sig. "Vi finder betydelige forskelle mellem planeter, der udslynges gennem planet-planet-interaktioner, og dem af binære stjerner," skriver han.

Coleman baserede sine simuleringer på et binært stjernesystem ved navn TOI 1338. TOI 1338 har en kendt cirkumbinær planet kaldet BEBOP-1. Brug af et kendt binært system med en bekræftet cirkumbinær planet giver et solidt grundlag for hans simuleringer. Det gav ham også mulighed for at sammenligne sine resultater med andre simuleringer baseret på BEBOP-1.

Simuleringen varierede flere parametre:den indledende diskmasse, den binære adskillelse, styrken af ​​det eksterne miljø og turbulensniveauet i disken. Disse parametre styrer stærkt de planeter, der dannes. Andre parametre brugte kun en enkelt værdi:den kombinerede stjernemasse, masseforhold og binær excentricitet. Den kombinerede stjernemasse af TOI 1338 er omkring 1,3 solmasser, på linje med gennemsnittet i binære systemer på omkring 1,5 solmasser.

Hver simulering kørte i 10 millioner år, længe nok til, at solsystemet kunne tage form.

Coleman fandt ud af, at cirkumbinære systemer producerer FFP'er effektivt. I simuleringerne udsender hvert binært system i gennemsnit mellem to til syv planeter med mere end 1 jordmasse. For gigantiske planeter større end 100 jordmasser falder antallet af udstødte planeter til 0,6 udslyngede planeter pr. system.

Simuleringerne viste også, at de fleste planeter udstødes fra deres cirkumbinære skiver mellem 0,4 og 4 millioner år efter begyndelsen af ​​simuleringen. I denne alder er den cirkumbinære disk ikke blevet spredt og blæst væk.

Det vigtigste resultat kan vedrøre hastighedsdispersionerne af FFP'er. "Når planeterne udstødes fra systemerne, bevarer de betydelige overskydende hastigheder, mellem 8-16 km/s. Dette er meget større end observerede hastighedsspredninger af stjerner i lokale stjernedannende områder," forklarer Coleman. Så dette betyder, at hastighedsdispersionerne af FFP'er kan bruges til at skelne de udstødte fra dem, der er dannet som ensomme.

Hastighedsdispersionerne giver endnu et vindue ind i FFP-populationen. Colemans simuleringer viser, at hastighedsspredningen af ​​FFP'er udstødt gennem interaktioner med binære stjerner er omkring tre gange større end spredningen fra planeter, der udstødes af planet-planet-spredning.

Coleman fandt også ud af, at niveauet af turbulens i skiven påvirker planetens udstødning. Jo svagere turbulensen er, jo flere planeter slynges ud. Turbulens påvirker også massen af ​​udstødte planeter:svagere turbulens udstøder mindre massive planeter, hvor omkring 96 % af udstødte planeter er mindre end 100 jordmasser.

Samlet giver simuleringerne en måde at observere FFP-populationen og bestemme deres oprindelse. "Forskelle i fordelingen af ​​FFP-masser, deres frekvenser og overskydende hastigheder kan alle indikere, om enkeltstjerner eller cirkumbinære systemer er det grundlæggende fødested for FFP'er," skriver Coleman i sin konklusion.

Men forfatteren anerkender også ulemperne i sine simuleringer og præciserer, hvad simmerne ikke fortæller os.

"Men selvom dette arbejde indeholder adskillige simuleringer og udforsker et bredt parameterrum, udgør det ikke en fuld population af dannende cirkumbinære systemer," skriver Coleman i sin konklusion. Ifølge Coleman er det ikke muligt med den nuværende teknologi at udlede en fuld population af disse systemer.

"Skal en sådan population udføres i fremtidigt arbejde, så ville sammenligninger mellem denne population og observerede populationer give endnu mere værdifuld indsigt i dannelsen af ​​disse spændende objekter," forklarer han.

Der er stadig meget, astronomer ikke ved om binære systemer, og hvordan de danner og skubber planeter ud. For det første bliver modeller for planetdannelse konstant revideret og opdateret med ny information.

Vi har heller ikke en stærk idé om, hvor mange FFP'er der er. Nogle forskere mener, at der kan være billioner af dem. Det kommende romerske rumteleskop Nancy Grace vil bruge gravitationslinser til at tage en optælling af exoplaneter, inklusive en prøve af FFP'er med masser så små som Mars'.

I fremtidigt arbejde har Coleman til hensigt at afgøre, om der er forskelle i kemisk sammensætning mellem FFP'er. Det ville begrænse de typer stjerner, de danner omkring, og hvor i deres protoplanetariske skiver de dannede. Det ville kræve spektroskopiske undersøgelser af FFP'er.

Men indtil videre har Coleman i det mindste udviklet en gradvist bedre måde at forstå FFP'er på. Ved at bruge disse data kan astronomer begynde at skelne, hvor individuelle FFP'er kom fra, og for bedre at forstå befolkningen som helhed.

Flere oplysninger: Gavin A. L. Coleman, Om egenskaberne af frit flydende planeter med oprindelse i cirkumbinære planetsystemer, arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2403.18481

Journaloplysninger: arXiv , Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society

Leveret af Universe Today