Благодаря миссии Kepler и другим усилиям по поиску экзопланет, мы многое узнали о популяции экзопланет. Мы знаем, что, скорее всего, мы найдем экзопланеты с массой сверхзема и Нептуна, вращающиеся вокруг звезд с малой массой, в то время как более крупные планеты находятся вокруг более массивных звезд. Это хорошо согласуется с основной аккреционной теорией формирования планет.
Но не все наши наблюдения соответствуют этой теории. Открытие планеты, подобной Юпитеру, вращающейся вокруг маленького красного карлика, означает, что наше понимание формирования планет может быть не таким ясным, как мы думали. Вторая теория формирования планет, называемая теорией неустойчивости диска, может объяснить это удивительное открытие.
Звезда красного карлика называется GJ 3512 и находится на расстоянии 31 светового года от нас на Большой Медведице. GJ 3512 в 0,12 раза больше массы нашего Солнца, а планета GJ 3512b в 0,46 раза больше массы Юпитера, как минимум. Это означает, что звезда всего лишь в 250 раз массивнее планеты. Не только это, но это только около 0,3 а.е. от звезды.
Сравните это с нашей Солнечной системой, где Солнце в 1000 раз массивнее, чем самая большая планета, Юпитер. Эти цифры не складываются, когда дело доходит до теории наращивания ядра.
Основная теория аккреции является наиболее широко принятой теорией для формирования планет. Аккреция ядра происходит, когда маленькие твердые частицы сталкиваются и коагулируют, образуя более крупные тела. В течение длительных периодов времени это строит планеты. Хотя есть предел тому, как это работает.
Когда образуется твердое ядро, примерно в 10-20 раз превышающее размеры Земли, оно становится достаточно массивным, чтобы накапливать газ, который образует оболочку или атмосферу вокруг твердого ядра. Ключ в том, что основной аккреции работает по-разному в зависимости от расстояния от звезды.
Во внутренней солнечной системе звезда поглощает большую часть доступного материала, и образуются меньшие планеты, такие как Земля. Земля тоже имеет относительно небольшую атмосферу. Во внешней солнечной системе, за пределами того, что называется морозной линией, из планет образуется гораздо больше материала, хотя материал менее плотный. Вот так мы и получаем газовых гигантов с объемной атмосферой во внешней Солнечной системе.
Но в случае GJ 3512 исследователи обнаружили некоторые противоречия с объяснением основного аккреции. Прежде всего, причина, по которой звезды имеют малую массу, в том, что весь диск, из которого они образуются, имеет меньше материала. Звезды типа GJ 3512 просто исчерпали материал, прежде чем они могли стать очень большими. Точно так же в протопланетном диске остается меньше материала для формирования больших планет.
В своей статье они говорят, что «формирование газового гиганта <GJ 3512b> таким образом требует создания большого планетарного ядра, по крайней мере, 5 масс Земли». Говорят, что такого не может быть вокруг такой маломассивной звезды.
Эта новая звездная система, кажется, исключает основную теорию аккреции как объяснение. Планета слишком массивна по сравнению со звездой. Но есть и другая теория, которая называется теорией неустойчивости диска.
Когда молодая звезда рождается в слиянии, она окружена вращающимся протопланетарным диском из материала, оставшегося от образования звезды. Планеты образуются из этого материала. Теория нестабильности диска говорит, что вращающийся диск материала может быстро остыть. Такое быстрое охлаждение может вызвать коагуляцию материала в куски размером с планету, которые могут разрушиться под действием собственной силы тяжести, образуя газовых гигантов, пропуская процесс аккреции ядра.
Хотя нарастание ядра займет много времени, нестабильность диска может создать большие планеты за гораздо более короткое время. Это может объяснить нахождение больших планет так близко к маленьким звездам, как в случае с GJ 3512.
Ученые, стоящие за этой работой, обнаружили и другие странности в этой системе. Они говорят, что в системе может быть третья планета - также газовый гигант, который оказал влияние на GJ 3512b, вызвав его вытянутую орбиту. Присутствие этой планеты выводится через необычную орбиту GJ 3512b и не наблюдалось. Команда за исследованием говорит, что вторая планета, вероятно, была изгнана из системы и теперь является планетой-изгоем.
Чтобы лучше понять эту систему, потребуется больше изучения с использованием более мощных инструментов. По мнению авторов, это прекрасная возможность отрегулировать наши теории формирования планет. Как говорится в заключении статьи: «GJ 3512 очень перспективная система, потому что она может быть полностью охарактеризована и, таким образом, продолжать накладывать жесткие ограничения на процессы аккреции и миграции, а также на эффективность формирования планет в протопланетных дисках и на диске. Отношение массы к звезде
Эту работу проделала международная команда исследователей в консорциуме CARMENES (поиски M-карликов с высоким разрешением в Калар Альто с Exoearths с ближним инфракрасным и оптическим спектрографами Echelle). Этот консорциум ищет красных карликов, самый распространенный тип звезд в галактике, в надежде найти планеты малой массы в их обитаемых зонах. CARMENES не только генерирует набор данных для понимания звезд красных карликов, но, находя планеты размером с Землю, он предоставляет богатый набор последующих целей для дальнейшего изучения.
Больше:
- Пресс-релиз: гигантская экзопланета вокруг крошечной звезды бросает вызов пониманию того, как образуются планеты
- Исследовательская работа: гигантская экзопланета, вращающаяся вокруг звезды с очень малой массой, бросает вызов моделям формирования планет
- PlanetHunters.org: Что мы действительно понимаем о формировании планет?
- Исследовательская статья: СЦЕНАРИИ ПЛАНЕТАРНОГО ОБРАЗОВАНИЯ: ПЕРЕСМОТРЕННАЯ ОСНОВНОСТЬ ПРОТИВ НЕУСТОЙЧИВОСТИ ДИСКА
- Carmenes
