Als een jong zonnestelsel op gang komt, is het niet meer dan een jonge ster en een roterende schijf van puin. Aanvaard denken zegt dat het wervelende puin wordt meegesleurd in planeetvorming. Maar een nieuwe studie zegt dat veel van de materie op de schijf een ander lot kan ondergaan.

Het heeft misschien niet de eer om deel uit te maken van een mooie stabiele planeet, rustig en betrouwbaar rond zijn moederster cirkelt. In plaats daarvan, het wordt gewoon weggegooid. Het wordt uit de jongeren geworpen, zich nog steeds vormend stellair systeem om zijn bestaan ​​door te brengen als een interstellair object of als een schurkenplaneet.

De studie is afkomstig van Avi Loeb en Amir Siraj. Loeb en Siraj zijn beiden van het Center for Astrophysics (CfA) aan Harvard en hebben eerder samengewerkt aan onderzoek. Hun nieuwe studie is getiteld "Voorlopig bewijs dat protoplanetaire schijven meer massa uitstoten dan ze vasthouden." Het is beschikbaar op de pre-print-site arxiv.org en is nog niet door vakgenoten beoordeeld.

Loeb en Siraj wijzen op het bestaan ​​van interstellaire objecten zoals "Oumuamua en 2I/Borisov om hun zaak te verdedigen. Tot dusver, er is geen sluitend bewijs voor de oorsprong van deze objecten en hun broeders. Onderzoekers hebben verschillende oorsprongen bedacht, en hebben het bewijs geleverd, maar tot nu toe, er is geen overeenstemming. "Oumuamua zou een interstellaire donkere waterstofijsberg kunnen zijn, een object vergelijkbaar met Pluto, of zelfs een soort interstellaire "stofkonijn". En komeet 2l/Borisov is waarschijnlijk een malafide interstellaire komeet, de eerste die we hebben waargenomen.

Stellaire massabudgetten laten zien dat noch exo-Oort-wolken noch protoplanetaire schijven voldoende massa kunnen leveren om interstellaire objecten en de populatie van schurkenstaten te verklaren. Dus misschien zijn onze stellaire massabudgetten verkeerd? Misschien wordt het grootste deel van het materiaal in protoplanetaire schijven uitgeworpen en worden interstellaire objecten zoals "Oumuamua, 2I/Borisov, en bedrieglijke planeten, waarbij sommige van die planeten vele malen groter zijn dan de aarde.

Veel van het artikel is gebaseerd op wetenschappelijke schattingen, en veel ervan is voorlopig. De auteurs maken dat duidelijk in de titel van het artikel. Wetenschappers hebben nog geen duidelijk beeld van hoeveel interstellaire objecten en schurkenplaneten er zijn. Maar je moet ergens beginnen, en dit document is een soort startpunt.

Hun papier opent met, "Als interstellaire objecten hun oorsprong vinden in protoplanetaire schijven, ze kunnen worden gebruikt om de massafractie te kalibreren die dergelijke schijven uitstoten." Van daaruit graven ze dieper.

"De oorsprong van interstellaire objecten is een onopgelost mysterie, " schrijven ze. "Noch exo-Oort-wolken noch protoplanetaire schijven zijn in staat om het massabudget te vullen dat nodig is om de afgeleide interstellaire objectpopulatie te produceren." Dat laat slechts twee brede mogelijkheden voor hun oorsprong over. Een daarvan is verschillende stellaire massabudgetten, wat ongeloofwaardig kan zijn. De andere is verschillende overlevingskansen voor interstellaire objecten over grote afstanden en tijdschalen.

Deze preambule stelt de hoofdvraag van de onderzoekers:"Hoeveel massa per ster is nodig om interstellaire objecten te produceren?"

De eerste hindernis bij het beantwoorden van die vraag is het feit dat we eigenlijk maar twee interstellaire objecten kennen:"Oumuamua, die in 2017 werd ontdekt, en komeet 2I/Borisov, die in 2019 werd ontdekt. ​​En wetenschappers hebben alleen schattingen voor hun afmetingen waargenomen. "Oumuamua wordt geschat op 20 tot 200 meter, en de kern van Borisov wordt geschat op 0,4 tot 1 km. Er is ook een derde potentieel interstellair object genaamd CNEOS 2014-01-08, maar zijn status als interstellair object is niet bevestigd.

We hebben alleen schattingen van hoeveel van deze interstellaire objecten er zijn, inclusief schurkenplaneten. Voor objecten als "Oumuamua en Borisov, de schatting is ergens rond de 9, 000 per ster, terwijl voor rotsachtige schurkenplaneten die ongeveer twee keer zo groot zijn als de aarde, het is tussen de vijf en tien per ster. (Sommige schattingen zeggen dat er minder, slechts twee per ster.)

De onderzoekers namen welke gegevens er zijn, evenals de schattingen, en voerde een simulatie uit. De simulatie beantwoordde hun hoofdvraag:"Gezien de afmetingen en abundanties van bekende interstellaire objecten, hoeveel massa is nodig, per ster, om zo'n populatie voort te brengen?"

Voor elke schatting van grootte en overvloed voor interstellaire objecten, het paar voerde Monte Carlo-simulaties uit. De resultaten?

Siraj en Loeb ontdekten dat exo-Oort-wolken niet genoeg massa kunnen bevatten om de bron te zijn van de afgeleide populaties van interstellaire objecten en schurkenplaneten. Het paar presenteert hun berekeningen in de krant en stelt vervolgens dat "Als resultaat, Oortwolken van sterren zijn onwaarschijnlijke bronnen van interstellaire objecten."

Volgende, ze beschouwen protoplanetaire schijven. Hun berekeningen worden in detail gepresenteerd in hun paper en zijn de moeite waard om te onderzoeken voor diegenen die een diepere interesse in deze kwestie hebben. Maar het eindresultaat is dat er mogelijk een groter deel van de massa van de gastheerster nodig is dan eerder werd aangenomen om de populatie van interstellaire objecten groter dan "Oumuamua" te verklaren. De primaire implicatie van deze resultaten is dat de hoeveelheid massa die nodig is om interstellaire objecten te vormen objecten groter dan "Oumuamua is een aanzienlijk deel van de massa van de gastheerster, tussen 2% en 50%."

Op de achtergrond van al het werk van Loeb en Siraj bevindt zich iets dat het minimale massa-zonnenevelmodel (MMSN) wordt genoemd. Het MMSN-model beschrijft de samenstelling van het materiaal in ons zonnestelsel dat nodig is om de vorming van de planeten te verklaren, en asteroïden, om de zon draaien. Het MMSN laat zien dat, gezien de metaalachtigheid van de zon, ongeveer 1% van de massa van de zon was nodig om de planeten te vormen.

De berekeningen en simulaties van de auteurs laten zien dat er een aanzienlijk groter deel van de massa van een ster nodig is om de populatie van "Oumuamua-achtige objecten" te verklaren. De belangrijkste implicatie van deze resultaten is dat de hoeveelheid massa die nodig is om interstellaire objecten te vormen groter dan "Oumuamua is een aanzienlijk deel van de massa van de gastster, tussen 2% en 50%."

Als je denkt dat dat een vrij groot bereik is, je hebt gelijk. Maar wat hun werk bereikt, is een strakkere beperking van ons begrip van de vorming van planetaire systemen. "Deze resultaten suggereren een zeer efficiënte route om protostellaire materie om te zetten in ~ 0,1 km planetesimalen en om ze uit hun moedersterren te werpen, en verandert het paradigma met betrekking tot observatiebeperkingen op het vormingsproces van het planetaire systeem."

Maar wat misschien het meest interessant is, is de mogelijke conclusie. Jonge zonnestelsels kunnen meer massa uitstoten als interstellaire objecten en schurkenplaneten dan ze vasthouden.

"Noch het massabudget van de protoplanetaire schijf van het zonnestelsel, noch de waargenomen protoplanetaire of puinschijven rond andere sterren zouden voldoende materiaal kunnen leveren voor de vorming van interstellaire objecten, ' schrijven Siraj en Loeb in hun samenvatting.

Het paar eindigt hun paper door te vermelden hoe deze objecten uit hun hostsystemen kunnen worden verwijderd. Maar dat is grotendeels een soort zijbalk. Het paar onderzoekers is meer geïnteresseerd in hoe dit ons begrip van de vorming van het zonnestelsel verandert.

Ze wijzen erop dat de aanstaande Vera Rubin Survey Telescope mogelijk nog veel meer interstellaire objecten kan vinden, aangezien de Vera Rubin zal uitblinken in het ontdekken van voorbijgaande verschijnselen. Deze studie wordt beperkt door een kleine steekproefomvang van slechts twee, of mogelijk drie, interstellaire objecten. Zodra we een grotere steekproefomvang hebben, dan weten we nog veel meer.

"De oorsprong van interstellaire objecten kan worden afgeleid door hun snelheidsverdeling, zodra een voldoende aantal van hen is gedetecteerd, ’ schrijven de auteurs.