Zahvaljujući misiji Kepler i drugim naporima da pronađemo egzoplanete, naučili smo puno o populaciji egzoplaneta. Znamo da ćemo vjerojatno naći super-Zemlju i egzoplanete mase Neptuna u orbiti oko zvijezda niske mase, dok se veći planeti nalaze oko masivnijih zvijezda. To je dobro u skladu s teorijom jezgre akreditacije planetarne formacije.
Ali nisu sva naša zapažanja u skladu s tom teorijom. Otkriće planeta nalik Jupiteru koji kruži oko malog crvenog patuljaka znači da naše razumijevanje planetarne formacije možda nije tako jasno kako smo mislili. Druga teorija planetarne formacije, nazvana teorija nestabilnosti diska, mogla bi objasniti ovo iznenađujuće otkriće.
Zvijezda crvenog patuljaka zove se GJ 3512 i udaljena je od nas u Ursa Majoru otprilike 31 svjetlosnu godinu. GJ 3512 je 0,12 puta veća od mase našeg Sunca, a planet, GJ 3512b, najmanje 0,46 puta veći od mase Jupitera. To znači da je zvijezda samo oko 250 puta masivnija od planete. I ne samo to, već samo 0,3 AU od zvijezde.
Usporedite to s našim Sunčevim sustavom, gdje je Sunce preko 1000 puta masivnije od najvećeg planeta, Jupitera. Ti se brojevi ne zbrajaju kada je u pitanju teorija o prikupljanju jezgre.
Jezgra teorije akresije je najšire prihvaćena teorija za planetarno oblikovanje. Izlučivanje jezgre događa se tako da se sitne čvrste čestice sudaraju i zgrušavaju kako bi tvorile veća tijela. Tijekom dugog perioda to gradi planete. Ipak, postoji ograničenje načina na koji to funkcionira.
Jednom kada se formira čvrsta jezgra do otprilike 10-20 puta veća od Zemlje, ona je dovoljno masivna da stvara plin, koji tvori ovojnicu ili atmosferu oko krute jezgre. Ključno je to što jezgrano jezgra djeluje drugačije, ovisno o udaljenosti od zvijezde.
U unutarnjem Sunčevom sustavu zvijezda je preuzela velik dio dostupnog materijala, a manji planeti se formiraju, poput Zemlje. Zemlja ima i relativno malu atmosferu. U vanjskom Sunčevom sustavu, izvan onoga što se naziva linija smrzavanja, ima mnogo više materijala od planeta od kojih se formira, iako je materijal manje gust. Tako završimo plinske divove s voluminoznom atmosferom u vanjskom Sunčevom sustavu.
Ali u slučaju GJ 3512, istraživači su pronašli neke proturječnosti s objašnjenjem jezgre. Prije svega, zvijezde su niske mase jer cijeli disk s kojeg se stvara ima manje materijala. Zvijezdama poput GJ 3512 jednostavno je ponestalo materijala prije nego što su postale vrlo velike. Isto tako, na protoplanetarnom disku preostalo je manje materijala za stvaranje velikih planeta.
U svom radu kažu da "Formiranje plinskog giganta <GJ 3512b> na taj način zahtijeva izgradnju velike planetarne jezgre od najmanje 5 zemaljskih masa." Kažu da se to ne može dogoditi oko tako male zvijezde.
Čini se da ovaj novi zvjezdani sustav kao objašnjenje isključuje temeljnu teoriju akcesije. Planeta je previše masivna u odnosu na zvijezdu. Ali postoji i druga teorija koja se naziva teorija nestabilnosti diska.
Kad se mlada zvijezda rodi u fuziji, ona je okružena rotacijskim protoplanetarnim diskom materijala koji je preostao od nastanka zvijezde. Iz tog materijala nastaju planeti. Teorija nestabilnosti diska kaže da se rotirajući disk materijala može brzo ohladiti. To brzo hlađenje može uzrokovati da se materijal koagulira u komade veličine planete, koji se mogu srušiti pod vlastitom gravitacijom, da bi formirali plinske divove, preskačući temeljni proces akrekcije.
Iako bi uvećanje jezgre trajalo dugo, nestabilnost diska mogla bi stvoriti velike planete u mnogo kraćem vremenu. To bi moglo objasniti pronalaženje velikih planeta tako blizu malih zvijezda, kao u slučaju GJ 3512.
Znanstvenici koji stoje iza ovog rada otkrili su i druge neobičnosti u ovom sustavu. Kažu da u sustavu može postojati treća planeta - također plinski div - koja je utjecala na GJ 3512b, uzrokujući njegovu izduženu orbitu. Prisutnost tog planeta zaključuje se kroz neobičnu orbitu GJ 3512b, a nije primijećena. Tim koji stoji iza studije kaže da je drugi planet vjerojatno izbačen iz sustava, a sada je planeta skitnica.
Trebat će više studije, s moćnijim instrumentima da bismo bolje razumjeli ovaj sustav. Prema autorima, to je sjajna prilika za usavršavanje naših teorija planetarne formacije. Kao što kažu u zaključku rada, „GJ 3512 vrlo obećavajući sustav, jer se može u potpunosti karakterizirati i stoga i dalje postavljati stroga ograničenja na procese akcesije i migracije, kao i na učinkovitost stvaranja planeta u protoplanetarnim diskovima i disku omjeri masa zvijezda
To je učinio međunarodni tim istraživača iz CARMENES-a (Calar Alto visoke rezolucije za M patuljke s egzoarthima s infracrvenim i optičkim Echelle Spectrographs). Taj konzorcij traži crvene patuljke, najčešći tip zvijezde u galaksiji, u nadi da će pronaći planete male mase u svojim naseljenim zonama. CARMENES ne samo da generira skup podataka za razumijevanje zvijezda crvenih patuljaka, već će pronalaženje planeta veličine Zemlje pružiti bogat skup sljedećih ciljeva za buduće proučavanje.
Više:
- Priopćenje za javnost: Ogromna egzoplaneta oko sitnih zvijezda izaziva razumijevanje kako se planeti tvore
- Istraživački rad: Ogromna egzoplaneta koja orbitira oko zvijezde vrlo male mase izaziva modele planeta formiranja
- PlanetHunters.org: Što mi zapravo razumijemo o formiranju planeta?
- Istraživački rad: REVIZIRANI PLENETARNI SCENARIJI: INSTABILNOST DISKA CORE-ACCRETION VERSUS
- CARMENES
