Když se mladá sluneční soustava rozběhne, není to nic víc než mladá hvězda a rotující disk trosek. Přijaté myšlení říká, že vířící trosky jsou smeteny při formování planet. Nová studie ale říká, že velká část hmoty na disku může čelit jinému osudu.
Nemusí mít tu čest stát se součástí pěkné stabilní planety, která klidně a spolehlivě obíhá kolem své hostitelské hvězdy. Místo toho je jednoduše vyřazen. Je vyvržena z mladé, stále se tvořící sluneční soustavy, aby strávila svou existenci jako mezihvězdné objekty nebo jako darebné planety.
Studie pochází od Avi Loeba a Amira Siraje, jmen, která mohou být čtenářům Universe Today známá. Loeb a Siraj jsou oba z Centra pro astrofyziku (CfA) na Harvardu a na výzkumu spolupracovali již dříve. Jejich nová studie se jmenuje „ Předběžný důkaz, že protoplanetární disky vyvrhují více hmoty, než zadržují .“ Je k dispozici na předtištěné stránce arxiv.org a dosud nebyla recenzována.
Loeb a Siraj poukazují na existenci mezihvězdných objektů jako Oumuamua a 2I/Borisov. Dosud neexistuje žádný přesvědčivý důkaz o původu těchto předmětů a jejich bratrů. Výzkumníci přišli s různými původy a přinesli důkazy, ale zatím neexistuje žádný konsensus. Oumuamua by mohla být mezihvězdná tmavý vodíkový ledovec , objekt podobně jako Pluto nebo dokonce druh mezihvězdný ‘prachový zajíček .‘ A kometa 2l/Borisov je pravděpodobně mezihvězdná kometa, první, kterou jsme pozorovali.
Vlevo je umělecká ilustrace mezihvězdného objektu „Oumuamua. Vpravo je snímek mezihvězdné komety 2I/Borisov. Image Credit Vlevo: Evropská jižní observatoř / M. Kornmesser. Obrázek vpravo: NASA, ESA a D. Jewitt (UCLA) – Public Domain
Rozpočty na hvězdnou hmotnost ukazují, že ani exo-Oortova mračna ani protoplanetární disky nemohou poskytnout dostatek hmoty k vysvětlení mezihvězdných objektů a populace darebáckých planet. Takže možná jsou naše rozpočty na hvězdné masy špatně? Možná je většina materiálu v protoplanetárních discích vyvržena a stanou se mezihvězdnými objekty, jako je ‚Oumuamua, 2I/Borisov a darebné planety, přičemž některé z těchto planet jsou mnohonásobně větší než Země.
Velká část článku je založena na vědeckých odhadech a velká část je předběžných. Autoři to jasně uvedli v názvu článku. Vědci ještě nemají jasnou představu o tom, kolik mezihvězdných objektů a škodlivých planet existuje. Někde ale začít musíte a tento dokument je jakýmsi výchozím bodem.
Jejich článek začíná slovy: „Pokud mezihvězdné objekty pocházejí z protoplanetárních disků, lze je použít ke kalibraci části hmoty, kterou takové disky vyvrhnou.“ Odtud kopají hlouběji.
„Původ mezihvězdných objektů je nevyřešenou záhadou,“ píší. 'Ani exo-Oortova mračna ani protoplanetární disky nejsou schopny naplnit hromadný rozpočet nezbytný k vytvoření odvozené populace mezihvězdných objektů.' To ponechává pouze dvě široké možnosti jejich původu. Jedním z nich jsou různé hvězdné masové rozpočty, které mohou být nevěrohodné. Druhým jsou různé pravděpodobnosti přežití pro mezihvězdné objekty napříč obrovskými vzdálenostmi a časovými měřítky.
Tato preambule nastavuje hlavní otázku výzkumníků: 'Kolik hmoty na hvězdu je potřeba k výrobě mezihvězdných objektů?'
První překážkou ve způsobu odpovědi na tuto otázku je skutečnost, že ve skutečnosti víme pouze o dvou mezihvězdných objektech: 'Oumuamua, která byla objevena v roce 2017, a kometě 2I/Borisov, která byla objevena v roce 2019. A vědci mají pouze pozorované odhady. pro jejich velikosti. „Oumuamua se odhaduje na 20 až 200 metrů a Borisovovo jádro se odhaduje na 0,4 až 1 km. Je zde také pojmenovaný třetí potenciální mezihvězdný objekt Světlice barvířská 2014-01-08 , ale jeho status mezihvězdného objektu není potvrzen.
Máme pouze odhady, kolik z těchto mezihvězdných objektů existuje, včetně škodlivých planet. U objektů jako ‚Oumuamua a Borisov je odhad někde kolem 9 000 na hvězdu, zatímco u skalnatých nepoctivých planet zhruba dvakrát větších než Země je to mezi 5 až 10 na hvězdu. (Některé odhady říkají, že je jich méně, pouze 2 na hvězdu.)
Dvojice výzkumníků vzala data a odhady a provedla simulaci. Simulace se zabývala jejich hlavní otázkou: 'Vzhledem k velikosti a množství známých mezihvězdných objektů, kolik hmoty je potřeba na hvězdu k vytvoření takové populace?'
Pro každý odhad velikosti a četnosti mezihvězdných objektů dvojice provedla simulace Monte Carlo. Výsledky?
Siraj a Loeb zjistili, že exo-Oortova oblaka nemohou obsahovat dostatek hmoty, aby mohla být zdrojem odvozených populací mezihvězdných objektů a darebných planet. Dvojice prezentují své výpočty v článku a poté uvádějí, že „V důsledku toho Oort
mraky hvězd jsou nepravděpodobnými zdroji mezihvězdných objektů.'
Dále zvažují protoplanetární disky. Jejich výpočty jsou podrobně uvedeny v jejich příspěvku a stojí za to je prozkoumat pro ty, kteří se o tuto problematiku hlouběji zajímají. Ale konečným výsledkem je, že může trvat větší podíl hmoty hostitelské hvězdy, než se dříve předpokládalo, aby se zohlednila odvozená populace mezihvězdných objektů větších než ‚Oumuamua. 'Primárním důsledkem těchto výsledků je, že množství hmoty potřebné k vytvoření mezihvězdných objektů větších než 'Oumuamua je podstatný zlomek hmoty hostitelské hvězdy, mezi 2 % a 50 %.'
Zdokonalujeme se ve studiu protoplanetárních disků. Toto jsou některé snímky blízkých protoplanetárních disků ve vysokém rozlišení od ALMA, které jsou výsledkem projektu Disk Substructures at High Angular Resolution Project (DSHARP). Kredit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), S. Andrews a kol.; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello
V pozadí všech Loebových a Sirajových prací je něco, čemu se říká model MMSN (Minimum Mass Solar Nebula). Model MMSN popisuje složení materiálu v naší Sluneční soustavě potřebné pro vznik planet a asteroidů obíhajících kolem Slunce. MMSN ukazuje, že vzhledem ke metalicitě Slunce bylo k vytvoření planet zapotřebí asi 1 % hmotnosti Slunce.
Výpočty a simulace autorů ukazují, že k zohlednění populace objektů podobných ‚Oumuamua‘ je zapotřebí podstatně větší zlomek hmotnosti hvězdy. 'Primárním důsledkem těchto výsledků je, že množství hmoty potřebné k vytvoření mezihvězdných objektů větších než 'Oumuamua je podstatný zlomek hmoty hostitelské hvězdy, mezi 2 % a 50 %.'
Pokud si myslíte, že je to poměrně velký rozsah, máte pravdu. Ale to, čeho jejich práce dosahuje, je přísnější omezení našeho chápání formování planetárních systémů. 'Tyto výsledky naznačují vysoce účinnou cestu pro přeměnu protohvězdné hmoty na ~ 0,1 km planetesimály a pro jejich vyvržení z jejich mateřských hvězd a mění paradigma týkající se pozorovacích omezení procesu formování planetární soustavy.'
Co by ale mohlo být nejzajímavější, je potenciální závěr. Mladé sluneční soustavy mohou vyvrhnout více hmoty jako mezihvězdné objekty a darebné planety, než si udrží.
Umělecká ilustrace temné a tajemné planety. Obrazový kredit: NASA
„Ani hmotnostní rozpočet protoplanetárního disku sluneční soustavy, ani pozorované protoplanetární nebo troskové disky kolem jiných hvězd nemohly poskytnout dostatečný materiál pro vznik mezihvězdných objektů,“ píší Siraj a Loeb ve svém shrnutí.
Dvojice končí svůj příspěvek zmínkou o tom, jak by mohly být tyto objekty vyhozeny z jejich hostitelských systémů. Ale to je z velké části jakýsi postranní panel. Dvojici výzkumníků více zajímá, jak to mění naše chápání formování sluneční soustavy.
Poukazují na to, že nadcházející dalekohled Vera Rubin Survey Telescope by mohl potenciálně najít mnohem více mezihvězdných objektů, protože Vera Rubin bude vynikat v objevování přechodných jevů. Tato studie je omezena malým vzorkem o velikosti pouze dvou nebo možných tří mezihvězdných objektů. Jakmile budeme mít větší vzorek, budeme vědět mnohem více.
'Původ mezihvězdných objektů lze odvodit prostřednictvím jejich rozložení rychlostí, jakmile jich bude detekován dostatečný počet,' píší autoři.
Více:
- Výzkumný papír: Předběžný důkaz, že protoplanetární disky vyvrhují více hmoty, než zadržují
- Vesmír dnes: Mezihvězdné objekty by mohly převýšit počet objektů sluneční soustavy v Oortově oblaku
- Vesmír dnes: Byla objevena darebná planeta o hmotnosti Země, která se volně vznáší v Mléčné dráze bez hvězdy
