Astronomen dokumentieren seit langem, was die Astronomin Cassandra Hall vom Center for Metaphysical Physics der University of Georgia als „Bottom-up“-Ansatz zur Planetenentstehung bezeichnet: Gas und Staub sammeln sich langsam um einen jungen Stern an. Seine Schwerkraft formt ihn über Jahrmillionen zu einem runden Gegenstand.
Aber Dr. Eine Entdeckung von Hall und seinen Kollegen, Diesen Monat in der Zeitschrift Nature veröffentlichtEs deutet darauf hin, dass das Bild komplexer sein könnte.
In einem Sternensystem, 508 Lichtjahre von der Erde entfernt, fanden Forscher Bedingungen, die einen alternativen „Top-down“-Ansatz zur Planetenentstehung unterstützen, bei dem reichhaltiges Material, das einen jungen Stern umkreist, schnell zu einem Planeten kollabiert. Ein Mechanismus namens Gravitationsinstabilität könnte die Existenz mysteriöser, massereicher Welten erklären, die weiten Umlaufbahnen um relativ junge Sterne folgen.
Dr. Hall schrieb in einer E-Mail. „Wir haben es gefunden!“
Kosmisches Material, das einen kleinen Stern umkreist, ist voller Potenzial zur Planetenbildung. Diese Materie wird als protoplanetare Scheibe bezeichnet und ihre Rotation wird normalerweise durch die Anziehungskraft ihres Muttersterns angetrieben. Wenn die Scheibe jedoch groß genug ist, kann sie durch ihre eigene Schwerkraft beeinflusst werden, wodurch das junge Sternensystem instabil wird. Bereiche mit hoher Dichte in der Scheibe entstehen in Form von Spiralarmen, ähnlich dem Muster wirbelnder Wolken in einem Hurrikan.
„Der Stern sieht aus wie das Auge eines Sturms“, sagte Jess Speedy, eine Doktorandin an der University of Victoria in Kanada, die die Studie unter der Leitung des Astrophysikers Rubing Dong leitete.
Frau Wenn diese Arme genug Material einsaugen, zerfallen sie laut Speedy in Cluster, die weiter zu riesigen Gasplaneten zusammenfallen. Und dies wird für einen „Bottom-up“-Ansatz namens Kernakkretion theoretisiert, der über Hunderte von Jahren statt über Millionen von Jahren erfolgt.
„Diese beiden Theorien streiten sich schon seit einiger Zeit in der Astronomie“, sagte Frau Speedy. „Zum ersten Mal haben wir schlüssige Beweise dafür gefunden, dass eine gravitativ instabile Flugbahn auftreten kann.“
Gravitationsinstabile Scheiben können Planeten enthalten, deren Gebärmutter sehr groß und weit von ihren Muttersternen entfernt sind. Im Jahr 2022, Astronomen gemeldet Es wurde ein Protoplanet mit der neunfachen Masse Jupiters entdeckt, der einen über vier Millionen Jahre alten Stern, AB Arige, umkreist. Dieses Objekt ist 8,6 Milliarden Meilen vom Stern entfernt – mehr als doppelt so groß wie die Entfernung zwischen unserer Sonne und Pluto.
Ähnliche Planeten wurden anderswo entdeckt. „Es ist fast unmöglich, ihre Entstehung durch einen ‚Bottom-up‘-Prozess zu erklären“, sagte Dr. Hall. „Es sollte nicht genug festes Material geben, um diese Objekte durch ein Kernakkretionsparadigma zu formen.“
In den 1980er Jahren schlugen Astronomen die Idee vor, dass Gravitationsinstabilität diese ungewöhnlichen Planeten zerstören könnte. Aber sie haben keine Möglichkeit, es zu beweisen. In einer im Jahr 2020 veröffentlichten Simulation Das haben Dr. Hall und seine Kollegen gezeigt Die Geschwindigkeit der Materie variiert in einem charakteristischen Muster über die gravitativ instabile Scheibe.
Jahre später richtete sein Team das Radioteleskop Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array in Chile auf den Stern AB Arrigae und fand genau die von der Simulation vorhergesagte Signatur.
Die neue Studie sei „sehr plausibel“, sagte der Astronom Lee Hartman von der University of Michigan, der nicht an der Arbeit beteiligt war. „Aber ich denke, es müssen noch ein paar Details hinzugefügt werden, um dies absolut sicher zu machen.“
Selbst wenn die Ergebnisse korrekt seien, beweise dies, dass Gravitationsinstabilität nicht die Ursache für die Entstehung von Planeten sei, fügte Dr. Hartmann hinzu. Dieser Mechanismus erleichtert das Hinzufügen von Schlüsseln.
Dr. Hall hält es für unwahrscheinlich, dass es sich um ein Entweder-Oder-Szenario handelt.
„Wir gehen tatsächlich davon aus, dass im Wesentlichen alle Planeten, die Planeten bilden, eine Gravitationsinstabilität durchlaufen“, sagte er, während der sich Planeten sowohl durch Gravitationskollaps als auch durch Kernakkretion bilden können.
Die Astronomen, die die Studie leiteten, planen, in Zukunft nach Anzeichen von Gravitationsinstabilität in anderen jungen Sternensystemen zu suchen. Letztendlich hoffen sie, in vollständig ausgebildeten Welten nach Markern für Mechanismen zu suchen.
Frau Speedy freut sich darauf, mehr über die Vielfalt der Planeten, die verschiedenen Arten ihrer Entstehung und das, was sie über unser eigenes Sonnensystem verraten könnten, zu erfahren.
„Ich denke, das Universum ist kreativer als der menschliche Geist“, sagte er. „Uns interessieren die Möglichkeiten, die es gibt.“
