En gasplanet under bildning liknar en non stop pralin

 

En ny planet börjar sitt liv i en roterande cirkel av gas och stoft (som kallas protoplanetär skiva) runt en ung sol.

Att observera protoplaneter som just bildats och fortfarande befinner sig i sina protostellära skivor är extremt svårt. Hittills har bara tre sådana unga protoplaneter kunnat observeras varav två i samma system, PDS 70. 

"Vi måste hitta system som är unga och tillräckligt nära oss för att våra teleskop ska kunna upptäcka det svaga ljuset från själva protoplaneten och skilja denna från den dammhöljda skivan. Hela processen med planetbildning varar endast några miljoner år vilket inte är mer än ett ögonblick i astrofysikalisk skala. Det betyder att vi måste ha tur för att fånga dem i rätt tid" beskriver Dimitris Stamatellos Docent i astrofysik, University of Central Lancashire.

Forskargruppens studie innehöll datorsimuleringar för att bestämma egenskaperna hos gasformiga protoplaneter under en mängd olika termiska förhållanden i en protoplanetär skiva.

Studien av simuleringen visade att protoplaneter har en form som kallas oblata sfäroider. En form som kan beskrivas bildligt som formen av en non stop karamell. Planeterna växer genom att dra gas till sig gas huvudsakligen till sina poler snarare än sin ekvator.

Tekniskt sett är planeterna i vårt solsystem också oblata sfäroider, men deras tillplattning är liten. Saturnus har en tillplattning på 10 %, Jupiter 6 %, medan jorden har 0,3 %.

Som jämförelse kan nämnas att den typiska tillplattningen av protoplaneter är 90 procent. En sådan utplattning påverkar de observerade egenskaperna hos protoplaneter och detta måste tas med i beräkningen när man tolkar observationerna av dem. Obs gäller bildning av gasplaneter.

Stenplaneter, som jorden och Mars kan inte bildas via skivinstabilitet. De tros bildas genom att långsamt samla stoftpartiklar och småsten, sten till kilometerstora meteorer som  så småningom bildar planeten (gravitation och rörelse är källan till bildningen) . De är för täta för att kunna plattas till nämnvärt även som nybildade. Det finns ingen möjlighet att jorden plattades till i så hög grad när den var ung som säkerligen ex Saturnus gjorde.

Studieresultatet om upptäckten av gasplaneters tillplattning vid dess bildande ska (om det nu inte gjorts då detta publiceras) publiceras i Astronomy and Astrophysics Letters.

Bild vikipedia på färdigbildad gasjätte genomskärningen visar en modell av det inre av Jupiter, förmodligen med en stenig kärna överlagt med ett djupt lager av metalliskt väte.

Gasjätteplaneter är vanligare i vissa solsystem i Vintergatan

 

En gasjätte (även kallad jätteplanet eller gasplanet) är en typ av planet som mestadels består av gas eller flytande materia men med en fast kärna.

Ett team av astronomer och astrofysiker från INAF-Osservatorio Astronomico di Padova, Vicolo dell'Osservatorio 5, Universidad Diego Portales, University of Exeter och Sorbonne Université  har funnitatt gasjättar kan vara vanligare i vissa delar av Vintergatan. I studien som publiceras i tidskriften Nature Communications, analyserade gruppen massan och rörelsen av 30 stjärnors planetsystem i Beta Pictoris Moving Group. 

Forskning har tidigare antytt att gasjättar som i vissa avseenden liknar Jupiter, troligen lättast bildas runt stjärnor med egenskaper som liknar solen. Men att hitta  gasplaneter har visat sig svårt.

I sitt arbete fokuserade forskargruppen på 30 stjärnor i ovan grupp för att bestämma deras massa och rörelser. Teamet valde gruppen av flera anledningar: Den är relativt liten. Det är mycket utrymme mellan stjärnorna och de är ganska unga. De resonerade att gasjättar kan vara mer benägna att utvecklas på sådana platser. Teamet hittade bevis på den potentiella existensen av gasjättar i 20 av de solsystem som de studerade  och fann troliga gasplaneter – som alla (om de kan bevisas existera vid fortsatta analyser)  kretsar långt från sin stjärna.

Mer arbete krävs för att bekräfta resultatet. Forskarna menar också att det verkar vara mer sannolikt att gasjättar bildas i små stjärngrupper något som vanligtvis inte har varit i fokus i forskningsinsatser inom detta område. Och det, påpekar de, tyder på att det kan finnas många fler gasjättar än man tidigare förmodat.

Bild vikipedia på Gasjätteplaneten Jupiters uppbyggnad. Denna genomskärning av Jupiter visar en modell av det inre av Jupiter förmodligen finns en stenig kärna täckt av ett djupt lager av metalliskt väte.

Små stjärnor kan ha stora planeter

 

Gasjättar likt andra planeter bildas från de skivor av material som omger unga stjärnor. Enligt kärnaccelerationsteorin bildas först en kärna av sten, is och andra tunga fasta ämnen som sedan genom gravitation drar till sig gas och damm. Processen börjar då kärnan är tillräckligt massiv (cirka 15 till 20 gånger jordens).

Stjärnor med låg massa (ex röda dvärgstjärnor de vanligaste stjärnorna därute) har enligt teorin skivor (ackretionsskivor) med mindre massa enligt fysiska utsagor och det bör inte vara möjligt att här bilda stora gasjättar av ett slag som är större än stjärnan. 

Men i en nyligen gjord studie, publicerad i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS) finansierad av UK Science and Technology Facilities Council (STFC), såg forskare på 91306 stjärnor med låg massa, med hjälp av observationsdata från NASA: s Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) och i 15 fall hittades tecken på ett stort ljusfenomen som passerar framför en mindre stjärna (misstänkt som gasjätteplanet större än dess sol).

Fem av dessa 15 potentiella jätteplaneter har sedan dess bekräftats som planeter. En av dessa bekräftade planeter kretsar kring en stjärna som är en femtedel av solens massa – vilket inte skulle vara möjligt enligt dagens planetbildningsmodeller. Ska förstås som omöjligt att en sådan stor planet bildats vid en så liten stjärna.

Huvudförfattaren till studien Dr Ed Bryant vid Mullard Space Science initierade Laboratory vid UCL, tidigare University of Warwick, var den som tog initiativ till studien som en del av sin doktorsexamen. Han beskriver det som att ”Stjärnor med låg massa är bättre på att bilda jätteplaneter än vi hittills trodde. Resultatet väcker nya frågor om planetbildningsmodeller. I synnerhet utgör vår upptäckt av gasjättar som kretsar kring stjärnor av 20 % av solens massa en konflikt med nuvarande teori om planetbildning”.

Medförfattare till studien Dr Vincent Van Eylen (Mullard Space Science Laboratory vid UCL) beskriver det med följande ord "Det faktum att, även om det är sällsynt, finns gasjättar runt stjärnor med låg massa vilket är ett oväntat fynd och innebär att modeller om  planetbildning kommer att behöva revideras."

En möjlig tolkning är att gasjättar inte bildas genom kärnacceleration utan genom gravitationell instabilitet, där skivan som omger en stjärna fragmenteras till planetstora klumpar av stoft och gas. Om så är fallet kan stjärnor med låg massa vara värd för mycket stora gasjättar två eller tre gånger större  än Jupiter. Detta anses dock osannolikt, eftersom skivorna runt stjärnor med låg massa inte verkar vara tillräckligt massiva för att fragmenteras på detta sätt. För min del låter det dock troligt att så kan ske. Vi ska inte låsa oss vid hur mycket massa som finns i en ackretionskiva utifrån ett samband med hur stor stjärnan är.

En annan förklaring, säger forskarna, är att astronomer har underskattat hur massiv en stjärnas skiva kan vara, vilket innebär att små stjärnor trots allt kan bilda jätteplaneter via kärnbildning.

Detta kan antingen bero på att vi felaktigt har beräknat massan av skivor vi kan observera genom teleskop eller att skivor har en större massa i början av en stjärnas liv, stadiet då de är mycket utmanande att analysera  (med dagens instrument), jämfört med senare i en stjärnas existens när vi kan observera dem lättare (då dammet inte är så kompakt i skivan).

Medförfattare i studien var även Dr Dan Bayliss (University of Warwick) skrev "Det är möjligt att vi inte förstår massorna av dessa protoplanetära skivor så bra som vi trodde att vi gjorde. Kraftfulla nya instrument som James Webb Space Telescope kommer att kunna studera egenskaperna hos dessa skivor mer detaljerat.

I artikeln beskrivs hur forskarna  försökte identifiera hur ofta jätteplaneter bildas runt stjärnor med låg massa och testade om denna förekomstfrekvens passade med vad kärnaccelerationsmodeller skulle förutsäga.

De använde en algoritm för att identifiera signalerna från transiterande gasjättar i ljus från stjärnor med låg massa. De kontrollerade sedan dessa signaler och diskonterade ett antal falska positiva resultat.

För att avgöra hur sannolik deras metod var att upptäcka gasjättar som kretsar kring dessa stjärnor är satte de in simuleringar av tusentals signaler från transiterande planeter i TESS insamlad stjärnljusdata och körde sedan algoritmen för att se hur många av planeter som skulle detekteras.

Nu arbetar forskarna vidare med att försöka bekräfta om ljusen är stora gasplaneter (eller utesluta) nio av de 15 kandidatplaneter de identifierat (fem har hittills bekräftats som planeter). Dessa kandidater kan potentiellt vara följeslagare till stjärnor eller det kan finnas en annan anledning till nedgångarna i ljusstyrka. Teamet kommer att dra slutsatsen om dessa objekts massor genom att leta efter en anomali i deras sols position, vilket indikerar den möjliga planetens gravitation.

Bild https://phys.org  Illustratörs intryck av soluppgången på planeten NGTS-1b, en gasjätte som tidigare upptäckts kretsa kring en stjärna med låg massa. Upphovsman: University of Warwick / Mark Garlick.

Exoplaneter med en densitet jämförbar med sockervadd.

Kepler 51 är en stjärna 2600 ljusår bort i riktning mot stjärnbilden svanen. I detta solsystem finns tre intressanta planeter Kepler 51b, Kepler 51 c och Kepler 51 d.  

Dessa planeter har lika låg densitet som sockervadd.  Det är den  lägsta densitet exoplaneter någonsin upptäckts ha. Upptäckten gjordes med hjälp av Hubbleteleskopet.


 De är väldigt bisarra", säger Jessica Libby-Roberts, doktorand vid Department of Astrophysical and Planetary Sciences) at the University of Colorado.

Upptäckten gjordes när forskarna utvecklade nya uppskattningar för trions massa och densitet. Resultatet blev att de har en densitet mindre än 0,1 gram per kubikcentimeter nära nog identiskt med den söta rosa sockervadd som kan köpas på nöjesfält sa Libby-Roberts.


När du föreställer en planet av Jupiters storlek med denna densitet är det verkligen en låg densitet." sade hon.


Forskarnas utgångspunkt vara att se djupare in i atmosfären med hjälp av Hubbleteleskopet in i atmosfären på två av de tre planeterna. Det var då de stötte på problemet atmosfären i dessa var inte transparent. Istället verkade den bestå av ett skikt av något ogenomskinligt.


"Det ökade vår nyfikenhet på vad detta innebar”, säger Libby-Roberts. "Vi förväntade oss att hitta vattenmolekyler men vi kunde inte observera signaturer av någon vattenmolekyl. " Med hjälp av datorsimuleringar mm kom vi fram till att Kepler 51:s planeter mestadels består av väte, helium och att dessa gaser ger dessa världar deras form. Troligen existerar det även metan i detta gashölje. Det är planeter som verkligen kan kallas gasplaneter.


 I den meningen kan exoplaneterna likna Saturnus måne Titan som är omgiven av en liknande smog.


Gruppen upptäckte också att Kepler 51 ' s planeter utger gas i snabb takt. Den innersta av de tre världarna, till exempel, dumpar så mycket över tid att planeten kommer att krympa avsevärt under den närmsta miljard året och förlora hela sin sockervaddliknande gasmassa.


Vi (min anm.) ska komma ihåg att under denna gasmassa finns en fast kärna men hur stor denna är vet vi inte. Även våra gasplaneter i vårt solsystem har en fast inre kärna.

Bild från Vikipedia på sockervadd för att ge en aning om dettas konsistens.

73 ljusår bort finns det spännande solsystemet TOI-270 med sina ovanliga gasplaneter.

Det var Nasas rymdteleskop Tess som gjorde upptäckten av det intressanta solsystemet TOI-270 enbart 73 ljusår bort.


Solsystemet består av en röd dvärgstjärna med tre spännande planeter i en storlek som inte finns i vårt solsystem.


En stenplanet 1,25 gånger jordens storlek. En fjärdedel större än jorden.

Två gasplaneter som liknar Neptunus men är omkring hälften så stora  2,4 respektive 2,1 gånger jordens storlek. Solsystemet har döpts till TOI-270 efter dess röda dvärgsol.

 Planeterna har getts namnen TOI-270b, TOI-270c och 270-d och är som synes ovan förhållandevis lika stora. Vårt solsystem saknar gasplaneter av den storlek som de två gasplaneterna i TOI-270 systemet  har.



Bra bild på hur det kan se ut i solsystemet finns att se på ovan länk från Ny teknik. Själv publicerar jag här en fri bild av TESS som gjorde upptäckten. 

Två tvillinglika gasplaneter men med helt olika bakgrund

Astronomer har upptäckt en ny planet 2 Mass 0249 c vilken är nästan identisk med en av de bästa studerade gasjätteplaneterna Beta Pictorisb vilken finns 63 ljusår från oss i Målarens stjärnbild runt en stjärna med namnet Beta Pictoris. Beta Pictoris är den näst ljusstarkaste stjärnan i stjärnbilden Målaren.

2 Mass 0249 c  finns i Beta Pictoris b:s närområde.

Men fastän dessa tvillinglika gasplaneter finns i samma område skiljer de sig åt på ett mycket viktigt sätt. Dess ursprung.  En sak som skiljer är typerna av stjärnor de kretsar kring.

Värden för Beta Pictoris b är en stjärna (Beta Pictoris) vilken är 10 gånger ljusstarkare än solen, medan däremot 2MASS 0249 c har sin bana runt om ett par bruna dvärgar som är 2000 gånger ljussvagare än solen.

Beta Pictoris b  finns  relativt nära sin värd (9 astronomiska enheter AU ( vilket innebär 9 gånger avståndet från jorden till solen) medan 2MASS 0249 c är 2000 AU från de bruna dvärgar där denna finns.

Planeternas ljusstyrka och massa är nästintill identiska men dess ursprung är inte lika. Den traditionella bilden av en gasjättes ursprung börjar med små  steniga bitar vilka byggs på av gas som ackumuleras från sin sols yta. Detta är det troliga ursprunget även av Beta Pictoris b bildande.

Detta skulle inte kunnat ske för att skapa 2MASS 0249 c  då de bruna dvärgar (svala misslyckade solbildningar) där denna finns inte har gas som kan ackumuleras för en gasjättebildning. Därför anses denna ha bildats direkt av ackumulerad gas från första planetbildning då allt var gas och solar och planeter ännu inte fått sin slutliga form.

Arbetet för att få reda på vad som troligaste är ursprunget av dessa tvillinglika gasplaneter 2MASS 0249 c och beta Pictoris b har  letts av Kaitlin Kratter, en astronom vid University of Arizona och en samarbetspartner i detta arbete säger följande;  "2MASS 0249 c och beta Pictoris b visar oss att naturen har mer än ett sätt att göra mycket likartade exoplaneter.  

Beta Pictoris b bildades troligen som vi tror som de flesta gasjättarna gjort från små dammkorn som först byggs upp till en kärna medan däremot 2MASS 0249 c kan ses som en svag ej bildad brun dvärg bildat av ett gasmolns sammanbrott i tidens början”.

Verkligheten och alltet är komplicerat och gåtfullt inget kan tas för givet.

Men det är detta som är så fascinerande och aldrig får vår nyfikenhet som människa nog av att försöka förstå så mycket som möjligt av det vi finns i. Vad kan vi finna därute?

Bild av ovanstående Beta Pictorisb

Gasjätteplaneter finns på platser där de enligt tidigare teorier inte ska finnas.

Denna gång blir det ytterligare en gasjätte som beskrivs. Wasp 19b, 870 ljusår från oss i Kuskens stjärnbild.  Gasjättar likt Jupiter troddes för inte många år sedan ej kunna existera i närkontakt med sin sol. Vi trodde att i närområdet måste stenplaneter likt i vårt solsystem finnas och gasjättarna likt här komma därefter.

Man kan undra varför vi tänkt så oflexibelt. Här har nu i gasskiktet på denna gasplanet upptäckts titanoxid. En förening vilken aldrig tidigare upptäckts i en gasplanets atmosfärshölje. Utöver denna oxid har spår av vatten och natrium hittats.

Wasp19b gör ett varv runt sin sol på 19 timmar vilket visar att den ligger nära sin sol. Temperaturen i atmosfären ligger på ca 2000C.

Titanoxid är en mycket sällsynt förening vilken hindrar värmeinstrålning likväl som värmeutstrålning. Oxiden har aldrig tidigare upptäckt i atmosfär på planeter utan enbart i höljet av en del stjärnor.

Kanske (min fundering) att en gasplanet i närheten av en sol kan ha dragit till sig titanoxid från sin sols gashölje? Alternativt att det alltid funnits där i större gasplaneter i vissa fall och då bör man se dessa som misslyckade stjärnbildningar likt vi ser bruna dvärgar. Men inget i rapporten säger detta eller om dess sol Wasp 19 har denna oxid eller om det undersökts om den har spår av det.

Men det viktiga är att detta är första gången en planet visat sig ha denna oxid i sin atmosfär (eller gashölje).

Bilden visar storleksförhållandet mellan vår största planet Jupiter och Wasp19b.

Ett 60-tal Gasplaneter av Jupiters storlek har hittats

Jupiter är en gasplanet i vårt solsystem. Den största av de fyra vilka finns utanför Mars bana. Storleken är ca 1300 gånger större än Jorden.

De 60-tal vilka nu hittats i omloppsbanor runt andra solar (stjärnor) ligger dock på ett mycket närmare avstånd från sin sol än Jupiter gör runt vår sol och lyser därför betydligt skarpare.

Jupiter tar över 11 år på sig för att göra ett varv runt solen. Av de nu funna finns de vilka enbart tar en vecka på sig att runda sin sol. Men det beror på att de ligger betydligt närmre sin sol än våra gasplaneter gör.

Den planet som ligger närmast vår sol är Merkurius vilken tar 88 dygn på sig att varva vår sol. De gasplaner nämnda ovan vilka finns därute ligger nära 12 gånger närmre sin sol än vad Merkurius gör vår sol.  Obs Merkurius är en stenplanet.

Bilden kanske i viss mån kan illustrera hur det kan se ut därute.