Er is een tot nu toe ongeziene populatie van Jupiter-achtige planeten in een baan om nabije zon-achtige sterren, in afwachting van ontdekking door toekomstige missies zoals NASA's WFIRST ruimtetelescoop, volgens nieuwe modellen van de vorming van gasreuzenplaneten door Alan Boss van Carnegie, beschreven in een aanstaande publicatie in The Astrofysisch tijdschrift . Zijn modellen worden ondersteund door een nieuwe Wetenschap artikel over de verrassende ontdekking van een gasreuzenplaneet in een baan om een ​​ster met een lage massa.

"Astronomen hebben een groot succes geboekt bij het zoeken naar en detecteren van exoplaneten van elke grootte en streep sinds de eerste bevestigde exoplaneet, een hete Jupiter, werd ontdekt in 1995, "De baas legde uit. "Er zijn tot nu toe letterlijk duizenden en duizenden gevonden, met massa's variërend van minder dan die van de aarde, tot vele malen de massa van Jupiter."

Maar er zijn nog steeds gapende gaten in de kennis van wetenschappers over exoplaneten die om hun sterren draaien op afstanden die vergelijkbaar zijn met die waarop de gasreuzen van ons zonnestelsel rond de zon draaien. In termen van massa en omlooptijd, planeten zoals Jupiter vertegenwoordigen een bijzonder kleine populatie van de bekende exoplaneten, maar het is nog niet duidelijk of dit te wijten is aan vooroordelen in de observatietechnieken die worden gebruikt om ze te vinden - die de voorkeur geven aan planeten met een korte omloopbaan boven die met een lange omloopbaan - of dat dit een feitelijk tekort in de demografische gegevens van exoplaneten vertegenwoordigt.

Alle recente ontdekkingen van exoplaneten hebben geleid tot een hernieuwde focus op theoretische modellen voor planeetvorming. Er bestaan ​​twee primaire mechanismen om te voorspellen hoe gasreuzen worden gevormd uit de roterende schijf van gas en stof die een jonge ster omringt:van onder naar boven, kernaanwas genoemd, en van bovenaf, schijfinstabiliteit genoemd.

De eerste verwijst naar het langzaam opbouwen van een planeet door de botsingen van steeds groter materiaal:vaste stofkorrels, kiezels, keien, en uiteindelijk planetesimalen. Dit laatste verwijst naar een snel geactiveerd proces dat optreedt wanneer de schijf massief en koel genoeg is om spiraalarmen te vormen en dan dichte klonten zelfaantrekkend gas en stof samentrekken en samenvloeien tot een babyplaneet.

Hoewel kernaanwas wordt beschouwd als het consensusmechanisme voor planeetvorming, Boss is al lang een voorstander van het concurrerende mechanisme voor schijfinstabiliteit, daterend uit een baanbrekende 1997 Wetenschap papier.

De zojuist gepubliceerde ontdekking door een team onder leiding van een door het Instituut voor Ruimtestudies van Catalonië geleid team van een ster die een tiende van de massa van onze zon is en ten minste één gasreuzenplaneet herbergt, vormt een uitdaging voor de kernaanwasmethode.

De massa van een schijf moet evenredig zijn met de massa van de jonge ster waar hij omheen draait. Het feit dat er ten minste één gasreus - mogelijk twee - werd gevonden rond een ster die zoveel kleiner is dan onze zon, geeft aan dat de oorspronkelijke schijf enorm was, of dat kernaanwas niet werkt in dit systeem. Omlooptijden voor sterren met een lagere massa zijn langer, die voorkomt dat kernaanwas gasreuzen vormt voordat het schijfgas verdwijnt, aangezien kernaccretie een veel langzamer proces is dan schijfinstabiliteit, volgens baas.

"Het is een geweldige rechtvaardiging voor de schijfinstabiliteitsmethode en een demonstratie hoe een ongewone ontdekking de slinger kan doen slingeren op ons begrip van hoe planeten ontstaan, " zei een van de leden van het IEEC-onderzoeksteam, Guillem Anglada-Escudé, zelf een voormalig Carnegie-postdoc.

De nieuwste simulaties van Boss volgen de driedimensionale evolutie van hot disks die beginnen in een stabiele configuratie. Op verschillende tijdschalen, deze schijven koelen af ​​en vormen spiraalarmen, uiteindelijk resulterend in dichte klonten die pasgeboren protoplaneten vertegenwoordigen. Hun massa's en afstanden tot de gastster zijn vergelijkbaar met die van Jupiter en Saturnus.

"Mijn nieuwe modellen laten zien dat schijfinstabiliteit dichte klonten kan vormen op afstanden die vergelijkbaar zijn met die van de gigantische planeten van het zonnestelsel, " zei Boss. "De telling van de exoplaneten is nog volop aan de gang, en dit werk suggereert dat er nog veel meer gasreuzen zijn die wachten om geteld te worden."