_ Unde sunt toate aceste planete necinstite provin din?

Există o populație de planete care plutește prin spațiu nelegată de vreo stele. Ele sunt numite planete necinstite sau planete care plutesc liber (FFP). Unele FFP se formează ca singuratici, fără să se bucure niciodată de compania unei stele. Dar majoritatea sunt ejectate din sistemele solare cumva și există diferite moduri în care se pot întâmpla.

Un cercetător și-a propus să încerce să înțeleagă populația FFP și cum au apărut acestea.

FFP-urile sunt numite și obiecte izolate de masă planetară (iPMO) în literatura științifică, dar indiferent de ce nume este folosit, ele sunt același lucru. Aceste planete rătăcesc prin spațiul interstelar pe cont propriu, divorțate de orice relație cu stelele sau alte planete.

FFP-urile sunt misterioase deoarece sunt extrem de greu de detectat. Dar astronomii devin din ce în ce mai buni și primesc instrumente mai bune pentru această sarcină. În 2021, astronomii au făcut un efort hotărât pentru a le detecta în Scorpius Superior și Ophiuchus și au detectat 70 dintre ele, posibil multe altele.

În termeni generali, există două moduri în care FFP-urile se pot forma. Ele se pot forma, la fel ca majoritatea planetelor, pe discuri protoplanetare din jurul stelelor tinere. Aceste planete se formează prin acumulare de praf și gaz. Sau se pot forma ca stelele prăbușindu-se într-un nor de gaz și praf fără legătură cu o stea.

Pentru planetele care se formează în jurul stelelor și sunt în cele din urmă expulzate, există diferite mecanisme de ejectare. Ele pot fi ejectate prin interacțiunile cu stelele lor într-un sistem stelar binar, pot fi ejectate de un zbor stelar sau pot fi ejectate prin împrăștierea planetă-planetă.

Într-un efort de a înțelege populația FFP. mai bine, un cercetător a examinat FFP-urile ejectate. El a simulat planete necinstite care rezultă din interacțiuni planetă-planetă și pe cele care provin din sisteme stelare binare, unde interacțiunile cu stelele lor binare le ejectează. Ar putea exista o modalitate de a le deosebi și de a înțelege mai bine cum apar aceste obiecte?

O nouă lucrare intitulată „Despre proprietățile planetelor plutitoare libere originare din sistemele planetare circumbinare” a abordat problema. Autorul este Gavin Coleman de la Departamentul de Fizică și Astronomie de la Universitatea Queen Mary din Londra. Lucrarea va fi publicată în Monthly Notices of the Royal Astronomical Society și este disponibilă pe serverul arXiv preprint.

În lucrarea sa, Coleman subliniază că cercetătorii au explorat modul în care se formează FFP-urile, dar mai sunt multe de făcut . „Numeroase lucrări au explorat mecanisme de formare a unor astfel de obiecte, dar nu au furnizat încă predicții cu privire la distribuțiile lor care ar putea diferenția între mecanismele de formare”, scrie el.

Coleman se concentrează pe stelele ejectate, mai degrabă decât pe stelele care s-au format ca necinstiți. El evită planetele necinstite care sunt rezultatul interacțiunilor cu alte planete, deoarece împrăștierea planetă-planetă nu este la fel de semnificativă ca alte tipuri de ejecții. „Este demn de remarcat faptul că împrăștierea planetă-planete în jurul stelelor individuale nu poate explica numărul mare de FFP observate în observații”, explică Coleman.

Coleman evidențiază sistemele binare de stele și planetele lor circumbinare în lucrarea sa. Cercetările anterioare arată că planetele sunt ejectate în mod natural din sistemele circumbinare. În cercetările sale, Coleman a simulat sisteme stelare binare și modul în care se comportă planetele ejectate din aceste sisteme. „Găsim diferențe semnificative între planetele ejectate prin interacțiuni planetă-planetă și cele de către stelele binare”, scrie el.

Coleman și-a bazat simulările pe un sistem stelar binar numit TOI 1338. TOI 1338 are un circumbinar cunoscut. planetă numită BEBOP-1. Folosirea unui sistem binar cunoscut cu o planetă circumbinară confirmată oferă o bază solidă pentru simulările sale. De asemenea, i-a permis să compare rezultatele sale cu alte simulări bazate pe BEBOP-1.

Simularea a variat mai mulți parametri: masa inițială a discului, separarea binară, rezistența mediului extern și nivelul de turbulență din disc. Acei parametri guvernează puternic planetele care se formează. Alți parametri au folosit doar o singură valoare: masa stelară combinată, raportul de masă și excentricitatea binară. Masa stelară combinată a TOI 1338 este de aproximativ 1,3 mase solare, în concordanță cu media în sistemele binare de aproximativ 1,5 mase solare.

Fiecare simulare a durat 10 milioane de ani, suficient pentru ca sistemul solar să ia forma.

Coleman a descoperit că sistemele circumbinare produc FFP în mod eficient. În simulări, fiecare sistem binar ejectează în medie între două și șapte planete cu o masă mai mare de 1 Pământ. Pentru planetele gigantice cu mase mai mari de 100 de Pământ, numărul de planete ejectate scade la 0,6 planete ejectate per sistem.

Simulările au arătat, de asemenea, că majoritatea planetelor sunt ejectate de pe discurile lor circumbinare între 0,4 și 4 milioane de ani după începutul simulării. La această vârstă, discul circumbinar nu a fost disipat și distrus.

Cel mai important rezultat s-ar putea referi la dispersiile de viteză ale FFP. „Pe măsură ce planetele sunt ejectate din sisteme, ele păstrează viteze semnificative în exces, între 8–16 km/s. Aceasta este mult mai mare decât dispersiile de viteză observate ale stelelor în regiunile locale de formare a stelelor”, explică Coleman. Deci, aceasta înseamnă că dispersiile de viteză ale FFP-urilor pot fi utilizate pentru a le distinge pe cei ejectați de cei care s-au format ca solitar.

Dispersiile de viteză oferă o altă fereastră către populația FFP. Simulările lui Coleman arată că viteza de dispersie a FFP-urilor ejectate prin interacțiunile cu stelele binare este de aproximativ trei ori mai mare decât dispersia de pe planete ejectate prin împrăștierea planetă-planetă.

Coleman a mai descoperit că nivelul de turbulență de pe disc. afectează ejectarea planetei. Cu cât turbulența este mai slabă, cu atât mai multe planete sunt ejectate. Turbulența afectează și masa planetelor ejectate: turbulența mai slabă ejectează planete mai puțin masive, unde aproximativ 96% dintre planetele ejectate au mai puțin de 100 de mase Pământului.

Luate împreună, simulările oferă o modalitate de a observa populația FFP. și să le determine originile. „Diferențe în distribuțiile maselor FFP, frecvențele lor și vitezele în exces pot indica toate dacă stelele unice sau sistemele circumbinare sunt locul de naștere fundamental al FFP”, scrie Coleman în concluzia sa.

Dar autorul recunoaște și el. dezavantajele simulărilor sale și clarifică ceea ce sim-urile nu ne spun.

„Cu toate acestea, deși această lucrare conține numeroase simulări și explorează un spațiu larg de parametri, ea nu constituie o populație completă de sisteme circumbinare care formează ”, scrie Coleman în concluzia sa. Potrivit lui Coleman, cu tehnologia actuală nu este fezabil să se obțină o populație completă a acestor sisteme.

„Dacă o astfel de populație ar fi realizată în lucrările viitoare, atunci comparațiile între acea populație și populațiile observate ar oferi și mai valoroase. perspectivă asupra formării acestor obiecte interesante”, explică el.

Există încă o mulțime de astronomi care nu știu despre sistemele binare și despre cum formează și ejectează planetele. În primul rând, modelele de formare a planetelor sunt în mod constant revizuite și actualizate cu informații noi.

De asemenea, nu avem o idee bună despre câte FFP există. Unii cercetători cred că ar putea fi trilioane dintre ei. Viitorul telescop spațial Nancy Grace Roman va folosi lentile gravitaționale pentru a face un recensământ de exoplanete, inclusiv un eșantion de FFP cu mase la fel de mici ca cele ale lui Marte.

În lucrările viitoare, Coleman intenționează să determine dacă există substanțe chimice. diferențe de compoziție între FFP. Acest lucru ar limita tipurile de stele pe care le formează în jurul și locul în care s-au format în discurile lor protoplanetare. Acest lucru ar necesita studii spectroscopice ale FFP.

Dar pentru moment, cel puțin, Coleman a dezvoltat o modalitate din ce în ce mai bună de a înțelege FFP-urile. Folosind aceste date, astronomii pot începe să discearnă de unde provin FFP-urile individuale și să înțeleagă mai bine populația în general.

(Fluierul)