Zvijezda crvenog patuljka ima planet sličan Jupiteru. Toliko masivan da ne bi trebao postojati, a ipak, tu je

Zahvaljujući Kepler misiji i drugim naporima da se pronađu egzoplanete, naučili smo puno o populaciji egzoplaneta. Znamo da ćemo vjerojatno pronaći egzoplanete super-Zemlje i Neptuna koji kruže oko zvijezda male mase, dok se veći planeti nalaze oko masivnijih zvijezda. Ovo se dobro slaže s teorija akrecije jezgre formiranja planeta.

Ali nisu sva naša zapažanja u skladu s tom teorijom. Otkriće planeta nalik Jupiteru koji kruži oko malog crvenog patuljka znači da naše razumijevanje planetarne formacije možda nije tako jasno kao što smo mislili. Druga teorija formiranja planeta, nazvana teorija nestabilnosti diska, mogla bi objasniti ovo iznenađujuće otkriće.

Zvijezda crvenog patuljka zove se GJ 3512 i udaljena je oko 31 svjetlosnu godinu od nas u Velikom medvjedu. GJ 3512 je 0,12 puta veći od mase našeg Sunca, a planet GJ 3512b je najmanje 0,46 puta veći od mase Jupitera. To znači da je zvijezda samo oko 250 puta masivnija od planeta. I ne samo to, već je samo oko 0,3 AJ od zvijezde.

Usporedite to s našim Sunčevim sustavom, gdje je Sunce preko 1000 puta masivnije od najvećeg planeta Jupitera. Ti se brojevi ne zbrajaju kada je u pitanju teorija prirasta jezgre.

Teorija akrecije jezgre najšire je prihvaćena teorija za planetarnu formaciju. Akrecija jezgre događa se kada se male čvrste čestice sudaraju i koaguliraju da tvore veća tijela. Tijekom dugog vremenskog razdoblja, to gradi planete. Ipak, postoji ograničenje kako to funkcionira.

Usporedba GJ 3512 sa Sunčevim sustavom i drugim obližnjim planetarnim sustavima crvenih patuljaka. Planeti oko zvijezda solarne mase mogu rasti sve dok ne počnu nakupljati plin i postati divovski planeti kao što je Jupiter, za nekoliko milijuna godina. Ali mislili smo da male zvijezde kao što su Proxima, TRAPPIST-1, Teegardernova zvijezda i GJ 3512, ne mogu formirati planete Jupitera. Zasluge slike: Guillem Anglada-Escude – IEEC, koristeći SpaceEngine.org

Jednom kada se formira čvrsta jezgra koja je do 10-20 puta veća od Zemlje, ona je dovoljno masivna da nakupi plin, koji tvori omotač ili atmosferu oko čvrste jezgre. Ključno je da akrecija jezgre djeluje različito ovisno o udaljenosti od zvijezde.

U unutarnjem Sunčevom sustavu, zvijezda je preuzela veliki dio raspoloživog materijala, a nastaju manji planeti, poput Zemlje. Zemlja također ima relativno malu atmosferu. U vanjskom Sunčevom sustavu, izvan onoga što se zove linija mraza, postoji mnogo više materijala od planeta iz kojeg se može formirati, iako je materijal manje gust. Tako završavamo s plinskim divovima s voluminoznom atmosferom u vanjskom Sunčevom sustavu.

Ali u slučaju GJ 3512 , istraživači su pronašli neke proturječnosti s objašnjenjem prirasta jezgre. Prije svega, razlog zašto su zvijezde male mase je taj što cijeli disk iz kojeg se formiraju ima manje materijala. Zvijezde poput GJ 3512 jednostavno su ostale bez materijala prije nego što su mogle postati jako velike. Isto tako, ostalo je manje materijala u protoplanetarni disk formirati velike planete.

Umjetnička ilustracija GJ 3512b poput Jupitera koji kruži oko svog crvenog patuljka. Planet je plinoviti div otprilike polovice mase Jupitera, koji kruži oko svoje zvijezde na samo 1/3 AJ. Zasluge za sliku: CARMENES/RenderArea/J. Bollaín/C. Gallego

U svom radu kažu da 'formiranje plinovitog diva na ovaj način zahtijeva izgradnju velike planetarne jezgre od najmanje 5 Zemljinih masa.' Kažu da se to ne može dogoditi oko zvijezde tako male mase.

Čini se da ovaj novi zvjezdani sustav isključuje teoriju akrecije jezgre kao objašnjenje. Planet je jednostavno previše masivan u usporedbi sa zvijezdom. Ali postoji još jedna teorija koja se zove teorija nestabilnosti diska.

Kada se mlada zvijezda rodi u fuziji, okružena je rotirajućim protoplanetarnim diskom od materijala koji je ostao od nastanka zvijezde. Od tog materijala nastaju planeti. Teorija nestabilnosti diska kaže da se rotirajući disk od materijala može brzo ohladiti. To brzo hlađenje može uzrokovati zgrušavanje materijala u komade veličine planeta, koji se mogu srušiti pod vlastitom gravitacijom i formirati plinovite divove, preskačući proces nakupljanja jezgre.

Dok bi akrecija jezgre trajala dugo, nestabilnost diska bi mogla stvoriti velike planete u mnogo kraćem vremenu. To bi moglo objasniti pronalaženje velikih planeta tako blizu malim zvijezdama, kao u slučaju GJ 3512.

Znanstvenici koji stoje iza ovog rada pronašli su i druge neobičnosti u ovom sustavu. Kažu da bi u sustavu mogao postojati i treći planet - također plinski div - koji je utjecao na GJ 3512b, uzrokujući njegovu izduženu orbitu. Prisutnost tog planeta zaključena je kroz neobičnu orbitu GJ 3512b i nije opažena. Tim koji stoji iza studije kaže da je drugi planet vjerojatno izbačen iz sustava i da je sada planet skitnica.

Trebat će više proučavanja, sa snažnijim instrumentima, da bismo bolje razumjeli ovaj sustav. Prema autorima, to je sjajna prilika za fino podešavanje naših teorija o formiranju planeta. Kako se kaže u zaključku rada, “GJ 3512 vrlo obećavajući sustav jer se može u potpunosti okarakterizirati i tako nastaviti postavljati stroga ograničenja na procese akrecije i migracije, kao i na učinkovitost formiranja planeta u protoplanetarnim diskovima i diskovima -odnos mase prema zvijezdi.

Međunarodni tim istraživača u KARMEN (Potraga visoke razlučivosti Calar Alto za M patuljcima s egzozemljama s bliskim infracrvenim i optičkim Echelle spektrografima) konzorcij je obavio ovaj posao. Taj konzorcij traži crvene patuljke, najčešću vrstu zvijezda u galaksiji, u nadi da će pronaći planete male mase u njihovim naseljivim zonama. Ne samo da CARMENES generira skup podataka za razumijevanje zvijezda crvenih patuljaka, već će pronalaženjem planeta veličine Zemlje pružiti bogat skup ciljeva za daljnje proučavanje.

Više:

• Priopćenje za javnost: Divovski egzoplanet oko malene zvijezde osporava razumijevanje kako se planeti formiraju
• Znanstveni rad: Divovski egzoplanet koji kruži oko zvijezde vrlo male mase izaziva modele formiranja planeta
• PlanetHunters.org: Što doista razumijemo o formiranju planeta?
• Znanstveni rad: OBNOVLJENI SCENARIJI PLANETARNE FORMACIJE: AKRECIJA JEZGRA NAsuprot NESTABILNOSTI DISKA
• KARMEN