Nová definice pro největší planety?

Vědci nyní chápou, kde se zastavují velké planety a začínají drobní hnědí trpaslíci - objev, který předefinuje slovo „planeta“.

Umělecké pojetí planety podobné Jupiteru
JPL / NASA

Jen málo astronomických termínů je více rozdělitelných než slovo „planeta“. Přestože v roce 2006 se Plutoova degradace dlouho soustředila na trvalou troufám si říci, zuřící vědeckou debatu, existuje další větší světy v sázce. Vědci se vlastně dlouho zajímali o to, jak masivní může být planeta, než ji již nebude považovat za planetu.

V článku, který byl nedávno publikován v The Astrophysical Journal, stanovil Kevin Schlaufman (Johns Hopkins University) horní hranici planety mezi 4 a 10 násobkem hmotnosti planety Jupiter. Jakýkoli větší objekt není vůbec planetou, ale hnědým trpaslíkem - takzvanou „hvězdnou hvězdou“.

Ačkoli výsledky nepřeklasifikují žádné planety v naší vlastní sluneční soustavě, mají obrovské dopady na to, jak se formují obří exoplanety a hnědí trpaslíci.

Přepisování Merriam-Webster

Objevení dělicí čáry mezi velkými planetami a hnědými trpaslíky nebo hmotou, na které jeden končí a druhý začíná, pomáhá hledat zásadní rozdíly mezi těmito dvěma objekty. Ačkoli vypadají podobnou velikostí, spousta vědců spekulovala, že se ve své podobě zcela liší.

Tento diagram zobrazuje dva hlavní scénáře formování planety.
NASA / ESA / A. Feild

Planety podobné Jupiteru rostou zdola nahoru v procesu zvaném jádro narůstání . Nejprve se srazí ohromný roj ledu a hornin a drží se pohromadě, čímž vytvoří skalnaté embryo stejně masivní jako Země. Potom embryo vtáhne plyn z protoplanetárního disku na sebe, dokud se nezachytí v obrovské obálce vodíku a helia.

Hnědí trpaslíci však rostou shora dolů, jako hvězdy, kolabují přímo z oblaku plynu.

Alespoň to je hypotéza. Pokud je to pravda, budou planety podobné Jupiteru mnohem snadněji tvořit uvnitř protoplanetárních disků, které jsou obohaceny těžkými prvky. Je to proto, že tyto prvky jsou zásadní pro budování hornin, které tvoří planetární jádra. Pokud tedy bude více těžkých prvků, bude existovat více planet podobných Jupiteru - a to by astronomové měli být schopni odhalit.

V datech již byly náznaky. Astronomové však dosud nedokázali zjistit, zda jsou tyto rady skutečné. "Lidské oko je opravdu dobré vidět vzory, i když neexistují, takže navázání na mnohem přísnější a spolehlivější statistickou metodologii je určitě způsob, jak sem jít, " říká Gregory Laughlin (Yale University), která byla neúčastní se studie.

To přesně udělal Shlaufman. Zjistil, že ve 146 pečlivě vybraných planetárních systémech mají objekty s hmotností méně než 4 až 10 Jupiterů tendenci tvořit se kolem hvězd obohacených těžkými kovy, takže se pravděpodobně spojily prostřednictvím akrece jádra. Objekty s více než 10 hmotami Jupiteru se tvoří kolem všech druhů hvězd, takže za jejich vznik je pravděpodobně zodpovědný přímý kolaps. Dělení znamená, že objekt pod 10násobkem hmotnosti Jupiteru je pravděpodobně planeta a objekt výše je pravděpodobně hnědý trpaslík.

Planety podobné Jupiteru mají tendenci se tvořit kolem hvězd obohacených těžkými živly, zatímco hvězdy s nízkou hmotností a hnědé trpaslíky se tvoří kolem jakékoli hvězdy. Zdá se, že dělicí čára mezi nimi je kolem 10 Jupiterových hmot. Tento graf tedy ukazuje novou maximální hmotnost pro objekt, který má být nazýván planetou.
Schlaufman 2018

"Jako lidé jsme často velmi znepokojeni sémantikou něčeho, " říká Kaitlin Kratter (University of Arizona), který se studie nezúčastnil. "Proto byla veřejnost tak na Pluta tak rozrušená." A profesionální astronomové jsou také vystaveni této zaujatosti - chtějí vědět, jak věci definovat. “

Netřeba dodávat, že Kratter byl nadšený, když viděl, že Schlaufman založil svou definici na fyzice toho, jak se planety tvoří. "Pokud to omezí, jak velké věci mohou růst jedním mechanismem proti druhému, myslím, že je to ze své podstaty zajímavé, " říká. "To by nám mělo pomoci posunout vpřed teorie o formování těchto hnědých trpaslíků a formování planet."

Za sémantikou

Pokud jde o zastřešující důsledky, Schlaufman tam nekončí. Tvrdí také, že pokud znáte největší možnou hmotnost planety, můžete pracovat dozadu a určit vlastnosti protoplanetárního disku, ve kterém se formovala. "Je to opravdu vzrušující, protože tyto planety jsou staré miliardy let, takže jejich disky zmizely před miliardami let, " říká.

A to by mohlo pomoci vyřešit zásadní problém v teoretických modelech, které ukazují, že novorozené planety budou interagovat s jejich protoplanetárním diskem, ztratit moment hybnosti a rychle spirálovat na svou hostitelskou hvězdu - to vše během asi 10 000 let po narození. To se neshoduje s pozorováním, protože vidíme spousty starých planet velikosti Jupiteru. Je zřejmé, že něco musí zastavit tuto vnitřní migraci.

A Schlaufman si myslí, že má odpověď. Protoplanetární disky, které mohou tvořit pouze planety tak masivní jako 4 až 10 Jupiterů, tvrdí, budou mít jedinečnou charakteristiku: Buď mají nízkou povrchovou hustotu, nebo jsou neúčinné při transportu úhlové hybnosti. V obou případech by disk zastavil vnitřní spirálu planet typu Jupiter, takže přežijí dostatečně dlouho, abychom je mohli vidět.

"Máme nabídku možností, jak můžeme tomuto problému migrace uniknout, " říká Schalufman. "Moje pozorování, můj objev, nám říká, který z těch úniků, které teoretici navrhli, je ve skutečnosti ten správný."

"To není šílené, " říká Kratter. "Na tom není nic přirozeného nebo zjevně špatného." [Ale] je to jedno z mnoha možných řešení problému. “

Kratter i Laughlin váhají s okamžitým použitím Schlaufmanových zjištění na migrační modely. (Ačkoli Laughlinovo zdůvodnění vychází ze skutečnosti, že není přesvědčen, že migrace nastává ve většině planetárních systémů - názor, který uznává, není ve většině oblastí naživu.) Místo toho tvrdí, že důležitost studie je novým důkazem, že existuje toto čisté oddělení mezi planetami velikosti Jupiter a hnědými trpaslíky. "To je něco, co si myslím, že můžeme vzít do banky, " říká.

Odkaz:

Kevin C. Schlaufman „Důkazy horní hranice o masách planet a její důsledky pro formování obří planety.“ Astrofyzikální deník .