Kepler-tehtävän ja muiden pyrkimysten löytää eksoplaneettoja avulla olemme oppineet paljon eksoplaneettojen populaatiosta. Tiedämme, että löydämme todennäköisesti supermaapallot ja Neptunuksen massan eksoplaneetit, jotka kiertävät pienmassatähteitä, kun taas suurempia planeettoja löytyy massiivisempien tähteiden ympäriltä. Tämä sopii hyvin yhteen planeettojen muodostumisen ytimen lisäysteorian kanssa.
Mutta kaikki havainnomme eivät ole tämän teorian mukaisia. Pienen punaisen kääpiön kiertävän Jupiterin kaltaisen planeetan löytäminen tarkoittaa, että ymmärryksemme planeettojen muodostumisesta ei ehkä ole yhtä selkeää kuin luulimme. Toinen planeettojen muodostumisen teoria, nimeltään levyn epävakauden teoria, saattaa selittää tämän yllättävän löytön.
Punaisen kääpiötähteen nimi on GJ 3512 ja se on noin 31 valovuoden päässä meistä, Ursa Majorissa. GJ 3512 on 0,12-kertainen aurinkomme massa, ja planeetta, GJ 3512b, on vähintään 0,46-kertainen Jupiterin massaan. Tämä tarkoittaa, että tähti on vain noin 250 kertaa massiivisempi kuin planeetta. Ei vain, mutta se on vain noin 0,3 AU päässä tähtiä.
Vertaa tätä aurinkokuntamme, jossa aurinko on yli 1000 kertaa massiivisempi kuin suurin planeetta, Jupiter. Nämä luvut eivät laske yhteen, kun kyse on ydin-teoreettisesta teoriasta.
Keskeinen lisäysteoria on laajimmin hyväksytty teoria planeettojen muodostumiseen. Ydin lisääntyminen tapahtuu, kun pienet kiinteät hiukkaset törmäävät ja hyytyvät suurempien kappaleiden muodostamiseksi. Pitkien ajanjaksojen aikana se rakentaa planeettoja. Se toimii kuitenkin rajoitetusti.
Kun muodostuu kiinteä ydin, joka on noin 10-20-kertainen maan päähän nähden, se on riittävän massiivinen kaasun lisäämiseksi, joka muodostaa verhokäyrän tai ilmakehän kiinteän ytimen ympärille. Tärkeintä on, että ytimen lisäys toimii eri tavalla riippuen tähden etäisyydestä.
Sisäisessä aurinkokunnassa tähti on ottanut suuren osan käytettävissä olevasta materiaalista, ja pienemmät planeetat muodostuvat, kuten Maa. Myös maapallolla on suhteellisen pieni ilmapiiri. Ulommassa aurinkokunnassa, niin kutsutun pakkaslinjan ulkopuolella, on planeetoista paljon enemmän materiaalia, joista materiaalia voi muodostua, vaikka materiaali on vähemmän tiheää. Näin päädymme kaasu jättiläisiin, joiden ilmakehän tilavuus on ulompi aurinkojärjestelmä.
Mutta GJ 3512: n tapauksessa tutkijat löysivät joitain ristiriitoja ydinsäyttelyn selityksen kanssa. Ensinnäkin, syy siihen, että tähdet ovat vähämassaisia, on se, että koko levy, josta ne muodostavat, on vähemmän materiaalia. GJ 3512: n kaltaiset tähdet yksinkertaisesti loppuivat materiaalista ennen kuin ne saattoivat saada suuria. Samoin protoplanetaarisessa levyssä on vähemmän materiaalia isojen planeettojen muodostamiseksi.
Lehdessään he sanovat, että "kaasujätti <GJ 3512b>: n muodostuminen vaatii suuren planeettaytimen rakentamisen, jossa on vähintään viisi maapallon massaa". He sanovat, että niin ei voi tapahtua niin pienimuotoisen tähden ympärillä.
Tämä uusi tähtijärjestelmä näyttää sulkevan selityksen ytimenmuodostuksen teoriasta. Maapallo on aivan liian massiivinen tähtiin nähden. Mutta on olemassa myös toinen teoria, jota kutsutaan levyn epävakauden teoriaksi.
Kun nuori tähti syntyy fuusioksi, sitä ympäröi pyörivä protoplanetaarinen levy materiaalista, joka on jäänyt tähtien muodostumisen jälkeen. Tästä materiaalista muodostuu planeettoja. Levyn epävakausteorian mukaan materiaalin pyörivä kiekko voi jäähtyä nopeasti. Tämä nopea jäähdytys voi aiheuttaa materiaalin hyytymisen planeetan kokoisiksi paloiksi, jotka voivat romahtaa oman painovoimansa alla muodostaen kaasujääriä, ohittaen ytimen lisääntymisprosessin.
Vaikka ytimen lisäys kesti kauan, levyn epävakaus voisi luoda suuria planeettoja paljon lyhyemmässä ajassa. Se voisi selittää suurten planeettojen löytämisen niin lähellä pieniä tähtiä, kuten GJ 3512: n tapauksessa.
Tämän työn taustalla olevat tutkijat löysivät myös muita outoja ominaisuuksia tässä järjestelmässä. He sanovat, että järjestelmässä voi olla kolmas planeetta - myös kaasu jättiläinen -, joka vaikutti GJ 3512b: hen, aiheuttaen sen pitkänomaisen kiertoradan. Tuon planeetan läsnäolo pääteltiin GJ 3512b: n epätavallisen kiertoradan kautta, eikä sitä havaittu. Tutkimuksen takana oleva ryhmä kertoo, että toinen planeetta on todennäköisesti poistunut järjestelmästä ja on nyt roisto planeetta.
Tämän järjestelmän ymmärtäminen vaatii enemmän tutkimusta ja tehokkaampia instrumentteja. Kirjailijoiden mukaan se on loistava tilaisuus hienosäätää planeettojen muodostumisen teorioita. Kuten lehden päätelmässä sanotaan: ”GJ 3512 erittäin lupaava järjestelmä, koska se voidaan karakterisoida täysin ja asettaa siten edelleen tiukat rajoitukset lisääntymis- ja muuttoprosesseille, samoin kuin planeetan muodostumisen tehokkuudelle protoplanetaarisissa levyissä ja levyssä -tähtien massasuhteet.
Kansainvälinen tutkijaryhmä CARMENES-ryhmässä (Calar Alton korkearesoluutioinen etsiminen M-kääpiöitä varten, joissa on eksoeartteja lähi-infrapuna- ja optisten Echelle -spektrografien kanssa) -konsortiossa, teki tämän työn. Kyseinen konsortio etsii punaisia kääpiöitä, yleisintä tähtiä galaksissa, toivoen löytävänsä pienipainoisia planeettoja niiden asumisalueilta. CARMENES ei vain tuottaa tietojoukkoa punaisten kääpiötähteiden ymmärtämiseksi, vaan löytämällä maapallon kokoisia planeettoja, se tarjoaa runsaan seurantakohteen tulevaa tutkimusta varten.
Lisää:
- Lehdistötiedote: Pieni tähden ympärillä oleva jättiläinen eksoplaneetta haastaa ymmärtämään, kuinka planeetat muodostuvat
- Tutkimuspaperi: Erittäin matalan massan tähti kiertävä jättiläinen eksoplaneetta haastaa planeetanmuodostusmallit
- PlanetHunters.org: Mitä me todella ymmärrämme planeettojen muodostumisesta?
- Tutkimusasiakirja: PLANEETTISEN MUOTOINTISKENNOSKATSAUKSEN UUDISTAMINEN: PERUSKORISTUKSEN VERSUS-LEVYJEN VASTAVUUS
- Cármenes
