Takket være Kepler-oppdraget og andre anstrengelser for å finne eksoplaneter, har vi lært mye om eksoplanettbestanden. Vi vet at vi sannsynligvis vil finne superjordene og Neptunmasse-eksoplaneter som kretser rundt stjerner med lav masse, mens større planeter finnes rundt mer massive stjerner. Dette stemmer godt overens med kjernetilknytningsteorien om planetdannelse.
Men ikke alle observasjonene våre er i samsvar med den teorien. Oppdagelsen av en Jupiter-lignende planet som kretser rundt en liten rød dverg, betyr at vår forståelse av planetarisk dannelse kanskje ikke er så tydelig som vi trodde. En andre teori om planetdannelse, kalt diskinstabilitetsteori, kan forklare denne overraskende oppdagelsen.
Den røde dvergstjernen heter GJ 3512 og ligger omtrent 31 lysår unna oss i Ursa Major. GJ 3512 er 0,12 ganger massen til vår sol, og planeten, GJ 3512b, er minst 0,46 ganger massen til Jupiter. Det betyr at stjernen bare er omtrent 250 ganger mer massiv enn planeten. Ikke bare det, men det er bare 0,3 AU fra stjernen.
Sammenlign det med solsystemet vårt, der solen er over 1000 ganger mer massiv enn den største planeten, Jupiter. Disse tallene legger ikke opp når det kommer til kjernetilpassingsteorien.
Kjernetildelingsteorien er den mest aksepterte teorien for planetarisk dannelse. Kjernetilskudd skjer når små faste partikler kolliderer og koagulerer for å danne større legemer. Over lange perioder bygger det planeter. Det er en grense for hvordan det fungerer.
Når en solid kjerne opp til cirka 10-20 ganger jordens størrelse er dannet, er den massiv nok til å samle gass, som danner en konvolutt eller atmosfære rundt den faste kjernen. En nøkkel er at kjernetilknytning fungerer annerledes avhengig av avstanden fra stjernen.
I et indre solsystem har stjernen tatt opp mye av det tilgjengelige materialet, og mindre planeter dannes, som Jorden. Jorden har også en relativt liten atmosfære. I et ytre solsystem, utover det som kalles frostlinjen, er det mye mer materiale fra planeter å danne fra, selv om materialet er mindre tett. Slik ender vi opp med gassgiganter med voluminøse atmosfærer i det ytre solsystemet.
Men i tilfelle av GJ 3512 fant forskerne noen motsetninger med kjernetilknytningsforklaringen. For det første er grunnen til at stjerner er lavmasse fordi hele disken de danner fra har mindre materiale. Stjerner som GJ 3512 gikk rett og slett tom for materiale før de kunne bli veldig store. På samme måte er det mindre materiale igjen i den protoplanetære disken for å danne store planeter.
I papiret sier de at "Dannelse av en gassgigant <GJ 3512b> på denne måten krever oppbygging av en stor planetarisk kjerne på minst 5 jordmasser." De sier at det ikke kan skje rundt en så lavmasse-stjerne.
Dette nye stjernesystemet ser ut til å utelukke kjernetildelingsteorien som en forklaring. Planeten er bare for massiv sammenlignet med stjernen. Men det er en annen teori som heter diskustabilitetsteorien.
Når en ung stjerne blir født i fusjon, er den omgitt av en roterende protoplanetær plate av materiale som er til overs fra dannelsen av stjernen. Det dannes planeter fra det materialet. Diskinstabilitetsteorien sier at den roterende platen til materiale kan avkjøles raskt. Den raske avkjøling kan føre til at materialet koagulerer i biter av planetstørrelse, som kan kollapse under deres egen tyngdekraft og danne gassgiganter og hoppe over kjernetilførselsprosessen.
Selv om kjernetilknytning vil ta lang tid, kan diskinstabilitet skape store planeter på mye kortere tid. Det kan forklare å finne store planeter så nær små stjerner, som i GJ 3512s tilfelle.
Forskerne bak dette arbeidet fant også andre odligheter i dette systemet. De sier at det kan være en tredje planet i systemet - også en gassgigant - som påvirket GJ 3512b og forårsaket dens langstrakte bane. At planetens nærvær utledes av den uvanlige bane til GJ 3512b, og ble ikke observert. Teamet bak studien sier at den andre planeten sannsynligvis ble kastet ut av systemet og nå er en useriøs planet.
Det vil ta mer studie, med kraftigere instrumenter, for å forstå dette systemet bedre. I følge forfatterne er det en flott mulighet til å finjustere teoriene våre om planetarisk dannelse. Som de sier i avisens konklusjon, “GJ 3512 et veldig lovende system fordi det kan være fullt preget og dermed fortsette å plassere strenge begrensninger for akkresjon og migrasjonsprosesser, så vel som effektiviteten av planetdannelse i protoplanetære skiver, og platen -til-stjernemasseforhold.
Et internasjonalt team av forskere i CARMENES (Calar Alto høyoppløselig søk etter M dverger med eksoearter med nærinfrarød og optisk Echelle Spectrographs) konsortium gjorde dette arbeidet. Det konsortiet søker etter røde dverger, den vanligste stjernetypen i galaksen, i håp om å finne planer med lav masse i deres beboelige soner. Ikke bare genererer CARMENES et datasett for å forstå røde dvergstjerner, men ved å finne planeter i jordstørrelse, vil det gi et rikt sett med oppfølgingsmål for fremtidig studie.
Mer:
- Pressemelding: Gigantisk exoplanet rundt ørsmå stjerne utfordrer forståelsen av hvordan planeter dannes
- Forskningsoppgave: En gigantisk eksoplanett som går i bane rundt en veldig lavmasse stjerne utfordrer planetdannelsesmodeller
- PlanetHunters.org: Hva forstår vi virkelig om planetarisk dannelse?
- Forskningsoppgave: PLANETARFORMASJONSSENARIER GJENOMGJENTT: KJERNETAKTET VERSUS DISK INSTABILITET
- Carmenes
