Astronomowie korzystający z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST) dokonali znaczącego postępu w badaniach planet swobodnych — ciał niebieskich, które nie są związane grawitacyjnie z żadną gwiazdą. Jednym z najnowszych odkryć JWST było wykrycie 42 takich obiektów w Mgławicy Oriona (ONC) — jednym z najgęściej upakowanych rejonów formowania się gwiazd w pobliżu Ziemi. Te niezwykłe obiekty – JuMBO – składają się z dwóch planetarnych ciał krążących wokół siebie bez udziału gwiazdy macierzystej.
Co do zasady, JuMBO mają masę od 0,7 do 13 razy większą od masy Jowisza i są oddalone od siebie o 28 do 384 jednostek astronomicznych (AU). To znacząco odróżnia je od innych układów tego typu, które zazwyczaj cechują się znacznie mniejszymi odległościami między składnikami — poniżej 10 AU. Problem w tym, że tak duże odległości pomiędzy składnikami JuMBO stanowią poważne wyzwanie dla obecnych modeli formowania się planet i gwiazd.
Aby sprawdzić, czy tak rozległe układy planet podwójnych mogą przetrwać w dynamicznych i chaotycznych warunkach regionów gwiazdotwórczych, naukowcy postanowili odtworzyć te układy w symulacjach. W artykule naukowym opublikowanym w periodyku Monthly Notices of the Royal Astronomical Society badacze przyjrzeli się połączeniom grawitacyjnym układów JuMBO w gromadzie oddalonej o 500 parseków od Słońca.
Czytaj także: To się nazywa nietypowy układ planetarny! Nijak nie przypomina Układu Słonecznego
Głównym problemem dla takich układów są bliskie przeloty innych gwiazd, które w takim środowisku mogą z łatwością zaburzyć nie tylko układy podwójne gwiazd, ale także słabiej związane układy planetarne — zwłaszcza te o dużych rozdzieleniach, właśnie takie jak JuMBO. Aby ocenić ich trwałość, badacze przeprowadzili zaawansowane symulacje N-ciał, modelując ewolucję układów planeta–planeta w zależności od zagęszczenia gwiazd w ich bezpośrednim otoczeniu.
Badania wyraźnie wykazały, że układy JuMBO są wyjątkowo podatne na zakłócenia w gęstych środowiskach gwiazdotwórczych. Ich duże odległości i niska energia wiązania sprawiają, że większość takich układów nie jest w stanie przetrwać typowych oddziaływań grawitacyjnych w ONC. Im większa odległość pomiędzy składnikami układu, tym większe prawdopodobieństwo rozpadu takiego układu — niezależnie od gęstości otoczenia.
Czytaj także: Teleskop Euclid odkrywa nowe planety swobodne w Orionie
To sugeruje, że 42 JuMBO wykryte przez JWST mogą być jedynie ocalałymi z dużo większej pierwotnej populacji obiektów, z których większość już uległa rozerwaniu. Symulacje pokazują, że w środowiskach o niższej gęstości tylko około połowa układów przetrwała nienaruszona. Oznacza to, że do zaobserwowania 42 istniejących JuMBO musiała powstać znacznie większa ich liczba, co z kolei rodzi pytania o mechanizmy, które mogły doprowadzić do ich uformowania.
Istnieje kilka teorii próbujących wyjaśnić powstanie JuMBO — od fragmentacji dysków protoplanetarnych, przez turbulentne procesy w obłokach molekularnych (podobne do formowania gwiazd), po nieudaną akrecję, przechwytywanie grawitacyjne oraz wyrzucanie z układów gwiazdowych. Jednak żadna z tych hipotez nie wyjaśnia w pełni zarówno samego powstania, jak i niezwykle dużych separacji obserwowanych w tych układach.
Wychodzi zatem na to, że jak na razie jest więcej pytań niż odpowiedzi. Nie zmienia to faktu, że procesy prowadzące do powstania JuMBO w ONC musiały być wyjątkowo wydajne. Skoro znaczna część układów została zniszczona, a mimo to wykryto ich aż 42, to musiały one powstawać naprawdę intensywnie. I tego jak na razie żadna teoria nie jest w stanie wyjaśnić.
Źródło: 1