Nowa teoria ujawnia tajemnicę powstawania samotnych planet

Swobodnie poruszające się obiekty planetarne (PMO) od dawna stanowią zagadkę dla naukowców. Te tajemnicze ciała niebieskie, o masie mniejszej niż gwiazdy, ale większej niż planety, przemierzają przestrzeń kosmiczną bez związku z jakąkolwiek gwiazdą. Niedawno międzynarodowy zespół astronomów, kierowany przez specjalistów z Szanghajskiego Obserwatorium Astronomicznego Chińskiej Akademii Nauk, zaproponował nową teorię wyjaśniającą ich pochodzenie. Badania opublikowano w prestiżowym czasopiśmie Science Advances.

Obiekty PMO to kosmiczne byty o masie mniejszej niż 13 mas Jowisza, swobodnie dryfujące w przestrzeni, niezwiązane z żadną gwiazdą. Często obserwuje się je w młodych gromadach gwiazd, takich jak Gromada Trapezu w Orionie. Ich liczebność, obecność w układach podwójnych oraz zsynchronizowany ruch z gwiazdami stanowiły wyzwanie dla dotychczasowych teorii ich powstawania.

Wcześniejsze teorie sugerowały, że PMO mogą być nieudanymi gwiazdami, którym nie udało się zainicjować fuzji jądrowej, lub planetami wyrzuconymi ze swoich macierzystych układów na skutek dynamicznych interakcji. Jednak te wyjaśnienia nie tłumaczyły ich dużej liczebności ani obecności w układach podwójnych. Ponadto, obserwacje wskazywały, że wiele z tych obiektów porusza się w sposób zsynchronizowany z pobliskimi gwiazdami, co sugeruje bardziej skomplikowane mechanizmy ich powstawania.

Zespół naukowców z Szanghaju, wykorzystując zaawansowane modelowanie hydrodynamiczne, zbadał zderzenia dysków okołogwiazdowych – pierścieni gazu i pyłu otaczających młode gwiazdy. Symulacje wykazały, że gdy dwa takie dyski zbliżają się do siebie z prędkością 2–3 km/s na odległość 300–400 jednostek astronomicznych (AU), ich oddziaływanie grawitacyjne prowadzi do powstania "mostów pływowych" gazu. Te struktury następnie rozpadają się, tworząc gęste pasma, które kondensują w zwarte jądra o masie około 10 mas Jowisza – czyli PMO.

Nowo powstałe PMO różnią się od tradycyjnych planet i gwiazd nie tylko pochodzeniem, ale także składem chemicznym. Dziedziczą materiał z zewnętrznych obszarów dysków okołogwiazdowych, które są ubogie w ciężkie pierwiastki. Co więcej, wiele z tych obiektów posiada własne dyski gazowe o średnicy do 200 AU, co otwiera możliwość formowania się wokół nich księżyców, a nawet planet. To sugeruje, że PMO mogą stanowić miniaturowe układy planetarne, niezależne od gwiazd.

Nowa teoria znajduje wsparcie w obserwacjach. W 2023 roku, dzięki obserwacjom wykonanym przez Very Large Array (VLA) oraz Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST), odkryto swobodnie poruszające się obiekty o masie Jowisza, które tworzą układy podwójne, krążąc wokół siebie nawzajem. To odkrycie kwestionuje istniejące teorie dotyczące powstawania gwiazd i planet, sugerując, że takie obiekty mogą być bardziej powszechne, niż wcześniej sądzono.

Symulacje przeprowadzone przez naukowców wskazują, że PMO powstają w wyniku chaotycznej dynamiki młodych gromad gwiazd. Bliskie spotkania gwiazd w takich gromadach mogą prowadzić do zderzeń ich dysków okołogwiazdowych, co w efekcie prowadzi do formowania się PMO. To odkrycie rzuca nowe światło na procesy zachodzące w młodych gromadach gwiazd i sugeruje, że swobodne obiekty planetarne mogą być naturalnym produktem ubocznym ewolucji takich gromad.

Odkrycie, że PMO mogą posiadać własne dyski gazowe, otwiera nowe kierunki badań. Istnieje możliwość, że wokół tych obiektów mogą formować się księżyce lub nawet planety, co czyni je interesującymi celami dla przyszłych obserwacji. Badanie takich układów może dostarczyć cennych informacji na temat procesów formowania się planet i ewolucji układów planetarnych w różnych warunkach.