Díky mise Kepler a dalším snahám najít exoplanety jsme se hodně dozvěděli o populaci exoplanet. Víme, že pravděpodobně najdeme super-Země a Neptunové exoplanety obíhající kolem hvězd s nízkou hmotností, zatímco větší planety se nacházejí kolem hmotnějších hvězd. To je v souladu s hlavní teorií narůstání planetární formace.
Ale ne všechna naše pozorování odpovídají této teorii. Objev planety podobné Jupiteru obíhající malého červeného trpaslíka znamená, že naše chápání planetární formace nemusí být tak jasné, jak jsme si mysleli. Druhá překvapivá teorie objevu by mohla vysvětlit druhá teorie planetární formace, nazvaná teorie nestability disků.
Červená trpasličí hvězda se jmenuje GJ 3512 a v Ursa Major je od nás asi 31 světelných let. GJ 3512 je 0,12násobek hmotnosti našeho Slunce a planeta GJ 3512b je minimálně 0,46 násobek hmotnosti Jupiteru. To znamená, že hvězda je jen asi 250krát hmotnější než planeta. Nejen to, ale je to jen asi 0,3 AU od hvězdy.
Porovnejte to s naší sluneční soustavou, kde je Slunce více než 1000krát hmotnější než největší planeta, Jupiter. Tato čísla se sčítají, pokud jde o teorii jádra a narůstání.
Základní teorie narůstání je nejrozšířenější teorií pro planetární formaci. K hromadění jádra dochází, když se malé pevné částice srážejí a koagulují za vzniku větších těl. Po dlouhou dobu to vytváří planety. Existuje však omezení, jak to funguje.
Jakmile se vytvoří pevné jádro až asi 10–20krát větší než Země, je dost masivní na to, aby zafixovalo plyn, který vytváří kolem pevného jádra obal nebo atmosféru. Klíčem je, že akrece jádra funguje odlišně v závislosti na vzdálenosti od hvězdy.
Ve vnitřní sluneční soustavě vzala hvězda hodně dostupného materiálu a tvořily se menší planety, jako je Země. Země má také relativně malou atmosféru. Ve vnější sluneční soustavě, mimo to, co se nazývá mrazová čára, existuje mnohem více materiálu z planet, ze kterého se má tvořit, i když je materiál méně hustý. Takto skončíme s plynovými obry s objemnými atmosférami ve vnější sluneční soustavě.
Ale v případě GJ 3512 zjistili vědci určité rozpory s vysvětlením jádra. Za prvé, důvodem, proč jsou hvězdy nízké hmotnosti, je to, že celý disk, ze kterého tvoří, má méně materiálu. Hvězdy jako GJ 3512 prostě došly materiálu, než se staly velmi velkými. Ze stejného důvodu je v protoplanetárním disku méně materiálu, který by vytvořil velké planety.
Ve svém článku říkají, že „Tvorba plynového obra <GJ 3512b> tímto způsobem vyžaduje vybudování velkého planetárního jádra o velikosti nejméně 5 pozemských hmot.“ Říká se, že k tomu nemůže dojít kolem tak nízké hvězdy.
Zdá se, že tento nový hvězdný systém vylučuje základní teorii narůstání jako vysvětlení. Planeta je ve srovnání s hvězdou příliš velká. Ale existuje ještě jedna teorie zvaná teorie nestability disku.
Když se mladá hvězda narodí do fúze, je obklopena rotujícím protoplanetárním diskem materiálu, který zůstal po vytvoření hvězdy. Z tohoto materiálu se tvoří planety. Teorie nestability disku říká, že rotující disk materiálu se může rychle ochladit. Toto rychlé ochlazení může způsobit koagulaci materiálu na kousky planety, které se pod vlastní gravitací mohou zhroutit a vytvořit plynové obry, což přeskočí proces hromadění jádra.
Zatímco přírůstek jádra by vyžadoval dlouhou dobu, nestabilita disku by mohla vytvořit velké planety za mnohem kratší dobu. To by mohlo vysvětlit nalezení velkých planet tak blízko malých hvězd, jako v případě GJ 3512.
Vědci, kteří za touto prací stojí, našli v tomto systému i jiné zvláštnosti. Říká se, že v systému může být třetí planeta - také plynový gigant, který ovlivnil GJ 3512b a způsobil jeho prodlouženou oběžnou dráhu. Přítomnost této planety je odvozena z neobvyklé oběžné dráhy GJ 3512b a nebyla pozorována. Tým za studiem tvrdí, že druhá planeta byla pravděpodobně vypuzena ze systému a nyní je nepoctivá planeta.
Abychom lépe porozuměli tomuto systému, bude zapotřebí více studií a výkonnějších nástrojů. Podle autorů je to skvělá příležitost doladit naše teorie planetární formace. Jak říkají v závěru práce, „GJ 3512 je velmi slibný systém, protože může být plně charakterizován a tak i nadále klást přísná omezení na procesy narůstání a migrace, jakož i na účinnost tvorby planet v protoplanetárních discích a na disku hmotnostní poměry k hvězdám.
Tuto práci provedl mezinárodní tým vědců v konsorciu CARMENES (Calar Alto s vysokým rozlišením pro M trpaslíky s Exoearths s Near-infračerveným a optickým Echelle Spectrographs). Toto konsorcium hledá červené trpaslíky, nejběžnější typ hvězdy v galaxii, v naději, že v jejich obyvatelných zónách najdou planety s nízkou hmotností. CARMENES nejen generuje soubor dat pro porozumění rudým trpaslíkům, ale také tím, že najde planety velikosti Země, poskytne bohatou sadu následných cílů pro budoucí studium.
Více:
- Tisková zpráva: Obří exoplanet kolem malých hvězd zpochybňuje pochopení toho, jak se planety tvoří
- Výzkumná kniha: Obrovský exoplanet obíhající kolem hvězd s velmi nízkou hmotností je výzvou pro modely formování planet
- PlanetHunters.org: Co opravdu rozumíme planetární formaci?
- Výzkumný článek: PLANETÁRNÍ FORMACE SCÉNÁŘI REVISTOVANÉ: CORE-AKCRETION VERSUS INSTABILITA
- KARMENY
