Bild https://www.swri.org Southwest Research Institute scientists have
developed a new model that explains the formation of compact exoplanetary
systems, such as TRAPPIST-1, that contain multiple rocky planets in very tight
orbits around their star. In contrast, our solar system is much more expansive
and has no planets inside the orbit of Mercury. Courtesy of NASA/JPL-Caltech
Många exoplaneter kretsar mycket nära sin sol. Detta
till skillnad mot planeterna i vårt solsystem där ingen planet ligger närmare solen
än Merkurius. Intressant är att den totala massan av alla planeterna i varje solsystem
i förhållande till sin sols massa är likartade i hundratals system. Orsaken
till detta massförhållande är ett mysterium.
Dr. Raluca Rufu och Dr. Robin Canup vid SwRI:s Solar
System Science and Exploration Division i Boulder, Colorado, använde avancerade
datorsimuleringar i sin undersökning av fenomenet.
"Kompakta system är ett av de stora mysterierna
inom exoplanetvetenskapen", beskriver Rufu, som är Sagan Fellow och
huvudförfattare till en artikel i Nature (se
nedan) Communications. "De innehåller flera stenplaneter av liknande
storlek radade upp som ärtor i en skida och med ett gemensamt massförhållande
som skiljer sig mycket från det som planeterna i vårt solsystem har."
"Intressant nog liknar det vanliga
massförhållandet som ses i kompakta exoplanetsystem det som finns i
satellitsystemen (månar) runt våra
gasplaneter. Dessa månar tros ha utvecklats i slutfasen av gasplaneters
bildande.
En stjärna bildas när ett molekylärt moln av gas och
stoft kollapsar på grund av sin egen gravitation. När materia från molnet
faller in mot den centrala stjärnan avsätts det först i en cirkumstellär skiva
som kretsar kring stjärnan. Efter att infallet upphört finns skivan kvar i
några miljoner år innan dess gas skingras. Planeter bildas inuti skivan en
bildning som börjar med kollisioner och ackumulering bland stoftkorn och slutar
med gravitation och av detta bildas planeter.
– Konventionellt har man antagit att planetsammansättningen började efter att stjärnornas infall upphörde. Men de senaste observationerna med ALMA (teleskopet finns i Chile) ger starka bevis för att ansamlingen, eller bildningen, av planeter kan börja än tidigare, beskriver Rufu. "Vi föreslår att kompakta system är överlevande rester av planetackretion som inträffade under de sista faserna av infallet."
De nya numeriska simuleringarna visar att växande
planeter samlar stenigt material genom infall medan deras banor gradvis rör sig
inåt genom växelverkan med omgivande gas i skivan. När en planet ökar i massa
accelererar dess migration inåt i omloppsbanan så att planeter över en kritisk
massa faller in i stjärnan och konsumeras. Denna balans mellan planeternas
tillväxt och förlust tenderar att ge upphov till planeter av liknande storlek
med karakteristiska massor som bestäms av infall och skivförhållanden.
"Vi finner att planeter som ansamlas under
infall kan bestå tills gasskivan skingras och migrationen i omloppsbana
upphör", beskriver Canup. Det är viktigt att notera att massan hos bestående
system är proportionell mot sin sols massa vilket ger den första förklaringen
till liknande massförhållanden hos observerade kompakta system med flera
planeter.
Den tänkta processen liknar det sätt på vilket månar
kan bildas runt jätteplaneter som Jupiter. Månar växer inuti en skiva som omger
planeten och som matas av infallande gas och stoft från den cirkumstellära
skivan. En viktig skillnad ligger i tidpunkten: månbildande skivor sprids
snabbt när infallet upphör, medan planetbildande skivor runt stjärnor kan vara
i upp till flera miljoner år. Denna subtila skillnad ger något lägre
massförhållanden för kompakta planetsystem än för satellitsystem med
gasplaneter.
Se här för att läsa Nature-artikeln med titeln "Originof compact exoplanetary systems during disk infall".
