Troligt ursprung till objekt som svävar fritt i galaxer och nebulosor

 

Bild https://english.cas.cn  Bilden visar det inre av Orionnebulosan och Trapezium Clustert   fotograferat av James Webb Space Telescope. Ett en miljon år gammalt stjärnbildningsområde innehållande tusentals unga stjärnor och hundratals objekt med planetmassor som svävar fritt i nebulosan och inte i omloppsbana runt stjärnor (som i ett solsystem). (Foto: NASA, ESA, CSA /M. McCaughrean, S. Pearson)

En banbrytande studie publicerad i Science Advances kastar nytt ljus över ursprunget till fritt svävande Planetary-Mass Objects (PMO). Objekt med massa mellan stjärna och planet (inte att förväxla med så kallade skurkplaneter fritt svävande planeter mellan galaxer och solsystem) .

Under ledning av Dr. Dang Hongping vid Shanghai Astronomical Observatory of the Chinese Academy of Sciences, använde ett internationellt team av astronomer avancerade datorsimuleringar för att avslöja en bildningsprocess för dessa objekt. Forskningen tyder på att PMO:er kan bildas direkt genom våldsamma interaktioner mellan cirkumstellära skivor i unga stjärnhopar (Cirkumstellära skivor är skivor av gas och stoft runt stjärnor ur vilka planeter bildas).

 PMO:er är kosmiska nomader som driver fritt genom rymden obundna till någon stjärna. Massan hos dessa objekt är mindre än 13 gånger Jupiters. De observeras ofta i unga stjärnhopar som Trapeziumhopen i Orions stjärnbild. Även om deras existens är väldokumenterad har deras ursprung länge förbryllat forskare.  Med hjälp av högupplösta hydrodynamiska simuleringar har forskarna återskapat närkontakt mellan två cirkumstellära skivor av roterande ringformat av gas och stoft som omger unga stjärnor. När dessa skivor kolliderar med hastigheter på 2–3 km/s på ett avstånd på 300–400 astronomiska enheter (AU ett AU är avståndet jorden-solen), sträcker och komprimerar deras gravitationella interaktioner gas till långsträckta "tidvattenbroar".  "PMO:er passar inte in i befintliga kategorier av stjärnor eller planeter", beskriver Dr. DENG, författare till studien. Våra simuleringar visar att de sannolikt bildas genom en helt annan process.

En process som är knuten till den kaotiska dynamiken i unga stjärnhopar, beskriver han. Dessa tidvattenbroar kollapsar så småningom till täta filament, som i sin tur fragmenteras till kompakta kärnor. När dessa filament når en kritisk massa producerar de PMO:er med massor som är ungefär tio gånger större än Jupiters.

Simuleringarna visade också att upp till 14 % av PMO:erna bildas i par eller tripletter, med 7-15 AU-separationer vilket förklarar den höga andelen PMO-binärer i vissa kluster. Frekventa diskmöten i täta miljöer som Trapezium Cluster kan generera hundratals PMO:er vilket förklarar det observerade överflödet.

PMO:er är distinkta i sin bildning. Till skillnad från utkastade planeter (skurkplaneter) rör de sig i synk med stjärnorna och tar material från de yttre regionerna av cirkumstellära skivor. 

Detta resulterar i en unik sammansättning med PMO:er som utifrån de metallfattiga utkanterna av dessa skivor där tunga grundämnen är sällsynta. Många PMO:er har också gasskivor upp till 200 AE i diameter, vilket tyder på att det finns potential för att månar eller till och med planeter bildas runt dessa objekt.

"Den här upptäckten omformar delvis hur vi ser på kosmisk mångfald", beskriver medförfattare professor Lucio Mayer från universitetet i ZürichTeamet, som inkluderar forskare från University of Hong Kong, Shanghai Astronomical Observatory, University of California Santa Cruz och University of Zurich vilka planerar ytterligare studier för att utforska den kemiska sammansättningen och diskstrukturerna hos PMO:er.