Takket være Kepler-missionen og andre bestræbelser på at finde exoplaneter, har vi lært meget om eksoplanetpopulationen. Vi ved, at vi sandsynligvis finder super-jorde og Neptunmasse-exoplaneter, der kredser rundt om lavmassestjerner, mens større planeter findes omkring mere massive stjerner. Dette stemmer godt overens med kernetilbagekapsteorien for planetarisk dannelse.
Men ikke alle vores observationer er i overensstemmelse med denne teori. Opdagelsen af en Jupiter-lignende planet, der kredser om en lille rød dværg, betyder, at vores forståelse af planetdannelse måske ikke er så klar, som vi troede. En anden teori om planetdannelse, kaldet diskinstabilitetsteorien, kan muligvis forklare denne overraskende opdagelse.
Den røde dværgstjerne kaldes GJ 3512 og den er omkring 31 lysår væk fra os i Ursa Major. GJ 3512 er 0,12 gange massen af vores Sol, og planeten, GJ 3512b, er mindst 0,46 gange massen af Jupiter. Det betyder, at stjernen kun er omkring 250 gange mere massiv end planeten. Ikke kun det, men det er kun ca. 0,3 AU fra stjernen.
Sammenlign det med vores solsystem, hvor solen er over 1000 gange mere massiv end den største planet, Jupiter. Disse numre tilføjes ikke, når det kommer til kernetilvækningsteorien.
Kerne-accretionsteorien er den mest accepterede teori for planetarisk dannelse. Kerneoptagelse sker, når små faste partikler kolliderer og koagulerer for at danne større kroppe. Over lange perioder bygger det planeter. Der er dog en grænse for, hvordan det fungerer.
Når der dannes en solid kerne op til ca. 10-20 gange Jordens størrelse, er den massiv nok til at hæve gas, som danner en konvolut eller atmosfære omkring den faste kerne. En nøgle er, at kernetilknytning fungerer forskelligt afhængigt af afstanden fra stjernen.
I et indre solsystem har stjernen taget meget af det tilgængelige materiale op, og mindre planeter dannes som Jorden. Jorden har også en relativt lille atmosfære. I et ydre solsystem, ud over det, der kaldes frostlinjen, er der meget mere materiale fra planeter at danne fra, selvom materialet er mindre tæt. Sådan ender vi med gigantkæmper med voluminøse atmosfærer i det ydre solsystem.
Men i tilfælde af GJ 3512 fandt forskerne nogle modsigelser med forklaringen på kernetilknytningen. Først og fremmest er grunden til, at stjerner er lavmasse, fordi hele disken, de danner fra, har mindre materiale. Stjerner som GJ 3512 løb simpelthen tør for materiale, før de kunne blive meget store. På samme måde er der mindre materiale tilbage på den protoplanetære disk til at danne store planeter.
I deres papir siger de, at "Dannelse af en gasgigant <GJ 3512b> på denne måde kræver opbygning af en stor planetarisk kerne med mindst 5 jordmasser." De siger, at det ikke kan ske omkring en sådan lavmasse-stjerne.
Dette nye stjernesystem ser ud til at udelukke kernetilstandsteorien som en forklaring. Planeten er bare for massiv sammenlignet med stjernen. Men der er en anden teori kaldet diskinstabilitetsteorien.
Når en ung stjerne fødes til fusion, er den omgivet af en roterende protoplanetær skive af materiale, der er tilbage fra dannelsen af stjernen. Planeter dannes af dette materiale. Diskinstabilitetsteorien siger, at den roterende disk af materiale kan køle hurtigt. Den hurtige afkøling kan få materialet til at koagulere i klodder i planetstørrelse, der kan kollapse under deres egen tyngdekraft og danne gasgiganter og springe over kernetilførselsprocessen.
Mens kernetilbagetrækning ville tage lang tid, kan diskinstabilitet skabe store planeter på meget kortere tid. Det kunne forklare, at man finder store planeter så tæt på små stjerner, som i GJ 3512's tilfælde.
Videnskabsmændene bag dette arbejde fandt også andre ondskaber i dette system. De siger, at der kan være en tredje planet i systemet - også en gasgigant - der påvirkede GJ 3512b og forårsagede dens langstrakte bane. Denne planet tilstedeværelse udledes af den usædvanlige bane om GJ 3512b og blev ikke observeret. Holdet bag undersøgelsen siger, at den anden planet sandsynligvis blev kastet ud af systemet og nu er en useriøs planet.
Det tager mere undersøgelse med mere kraftfulde instrumenter for at forstå dette system bedre. Ifølge forfatterne er det en stor mulighed for at finjustere vores teorier om planetdannelse. Som de siger i avisets konklusion, ”GJ 3512 et meget lovende system, fordi det kan være fuldt karakteriseret og dermed fortsætte med at lægge strenge begrænsninger for akkretion og migrationsprocesser såvel som effektiviteten af planetdannelse i protoplanetære diske og disken -til-stjernemasseforhold.
Et internationalt team af forskere i CARMENES (Calar Alto højopløsnings-søgning efter M-dværge med udvendige hjørner med nær-infrarød og optisk Echelle Spectrographs) konsortium udførte dette arbejde. Dette konsortium søger efter røde dværge, den mest almindelige type stjerne i galaksen, i håb om at finde planer med lav masse i deres beboelige zoner. Ikke alene genererer CARMENES et datasæt til forståelse af røde dværgstjerner, men ved at finde planeter i jordstørrelse vil det give et rigt sæt opfølgende mål for fremtidig undersøgelse.
Mere:
- Pressemeddelelse: Gigantisk exoplanet omkring lille stjerne udfordrer forståelsen af, hvordan planeter dannes
- Forskningsartikel: En gigantisk exoplanet, der kredser om en stjerne med meget lav masse, udfordrer planetdannelsesmodeller
- PlanetHunters.org: Hvad forstår vi virkelig om planetarisk dannelse?
- Forskningsdokument: PLANETÆRFORMATIONScenarier, der er genvundet: CORE-ACCRETION VERSUS DISK INSTABILITET
- Carmenes
