Wenn ein junges Sonnensystem in Gang kommt, ist es kaum mehr als ein junger Stern und eine rotierende Trümmerscheibe. Akzeptiertes Denken sagt, dass die wirbelnden Trümmer bei der Planetenbildung mitgerissen werden. Aber eine neue Studie sagt, dass ein Großteil der Materie in der Scheibe ein anderes Schicksal erleiden könnte.
Es hat vielleicht nicht die Ehre, Teil eines schönen stabilen Planeten zu werden, der ruhig und zuverlässig um seinen Wirtsstern kreist. Stattdessen wird es einfach verworfen. Es wird aus dem jungen, sich noch im Aufbau befindlichen Sonnensystem herausgeschleudert, um seine Existenz als interstellare Objekte oder als Schurkenplaneten zu verbringen.
Die Studie stammt von Avi Loeb und Amir Siraj, Namen, die den Lesern von Universe Today vielleicht bekannt sind. Loeb und Siraj kommen beide vom Center for Astrophysics (CfA) in Harvard und haben bereits in der Forschung zusammengearbeitet. Ihre neue Studie trägt den Titel „ Vorläufige Beweise dafür, dass protoplanetare Scheiben mehr Masse ausstoßen als sie behalten .“ Es ist auf der Pre-Print-Site arxiv.org verfügbar und wurde noch nicht von Experten begutachtet.
Loeb und Siraj weisen auf die Existenz interstellarer Objekte wie Oumuamua und 2I/Borisov hin, um ihre Argumente zu vertreten. Bisher gibt es keinen schlüssigen Beweis für die Herkunft dieser Objekte und ihrer Brüder. Forscher haben unterschiedliche Ursprünge gefunden und Beweise vorgelegt, aber bisher gibt es keinen Konsens. Oumuamua könnte interstellar sein dunkler Wasserstoff-Eisberg , ein Objekt ähnlich wie Pluto , oder sogar eine Art von interstellarer „Staubhase“ .’ Und Komet 2l/Borisov ist wahrscheinlich ein abtrünniger interstellarer Komet, der erste, den wir beobachtet haben.
Auf der linken Seite ist eine künstlerische Illustration des interstellaren Objekts „Oumuamua. Rechts ist ein Bild des interstellaren Kometen 2I/Borisov zu sehen. Bildnachweis Links: Europäische Südsternwarte / M. Kornmesser. Bildrechte: Von NASA, ESA und D. Jewitt (UCLA) – Public Domain
Stellare Massenbudgets zeigen, dass weder Exo-Oort-Wolken noch protoplanetare Scheiben genügend Masse liefern können, um interstellare Objekte und die abtrünnige Planetenpopulation zu erklären. Vielleicht sind unsere stellaren Massenbudgets also falsch? Vielleicht wird der Großteil des Materials in protoplanetaren Scheiben ausgeworfen und wird zu interstellaren Objekten wie 'Oumuamua, 2I/Borisov und Schurkenplaneten, wobei einige dieser Planeten um ein Vielfaches größer sind als die Erde.
Ein Großteil des Papiers basiert auf wissenschaftlichen Schätzungen, und vieles davon ist vorläufig. Das machen die Autoren im Titel der Arbeit deutlich. Wissenschaftler haben noch kein klares Verständnis davon, wie viele interstellare Objekte und Schurkenplaneten es gibt. Aber irgendwo muss man anfangen, und dieses Papier ist eine Art Ausgangspunkt.
Ihr Papier beginnt mit: „Wenn interstellare Objekte aus protoplanetaren Scheiben stammen, können sie verwendet werden, um den Massenanteil zu kalibrieren, den solche Scheiben ausstoßen.“ Von dort aus graben sie tiefer.
„Der Ursprung interstellarer Objekte ist ein ungelöstes Rätsel“, schreiben sie. „Weder Exo-Oort-Wolken noch protoplanetare Scheiben sind in der Lage, das Massenbudget zu füllen, das notwendig ist, um die abgeleitete interstellare Objektpopulation zu produzieren.“ Das lässt nur zwei breite Möglichkeiten für ihre Herkunft. Eine davon sind unterschiedliche stellare Massenbudgets, die unplausibel sein können. Das andere sind unterschiedliche Überlebenswahrscheinlichkeiten für interstellare Objekte über große Entfernungen und Zeitskalen.
Diese Präambel stellt die Hauptfrage der Forscher: „Wie viel Masse pro Stern wird benötigt, um interstellare Objekte zu produzieren?“
Die erste Hürde bei der Beantwortung dieser Frage ist die Tatsache, dass wir nur von zwei interstellaren Objekten wirklich wissen: „Oumuamua, das 2017 entdeckt wurde, und Komet 2I/Borisov, das 2019 entdeckt wurde. Und Wissenschaftler haben nur Schätzungen beobachtet.“ für ihre Größen. ‘Oumuamua wird auf 20 bis 200 Meter geschätzt, und der Kern von Borisov wird auf 0,4 bis 1 km geschätzt. Es gibt auch ein drittes potenzielles interstellares Objekt namens Saflor 2014-01-08 , aber sein Status als interstellares Objekt ist nicht bestätigt.
Wir haben nur Schätzungen darüber, wie viele dieser interstellaren Objekte es gibt, einschließlich Schurkenplaneten. Für Objekte wie 'Oumuamua und Borisov liegt die Schätzung bei etwa 9.000 pro Stern, während sie für felsige Schurkenplaneten, die ungefähr doppelt so groß sind wie die Erde, zwischen etwa 5 und 10 pro Stern liegt. (Einige Schätzungen sagen, dass es weniger gibt, nur 2 pro Stern.)
Das Forscherpaar nahm die vorhandenen Daten sowie die Schätzungen und führte eine Simulation durch. Die Simulation befasste sich mit ihrer Hauptfrage: 'Angesichts der Größe und Häufigkeit bekannter interstellarer Objekte, wie viel Masse wird pro Stern benötigt, um eine solche Population zu erzeugen?'
Für jede Größen- und Häufigkeitsschätzung für interstellare Objekte führte das Paar Monte-Carlo-Simulationen durch. Die Ergebnisse?
Siraj und Loeb fanden heraus, dass Exo-Oort-Wolken nicht genug Masse enthalten können, um die Quelle der abgeleiteten Populationen von interstellaren Objekten und Schurkenplaneten zu sein. Das Paar stellt seine Berechnungen in dem Papier vor und stellt dann fest: „Als Ergebnis, Oort
Sternenwolken sind unplausible Quellen interstellarer Objekte.“
Als nächstes betrachten sie protoplanetare Scheiben. Ihre Berechnungen werden in ihrem Papier ausführlich vorgestellt und sind für diejenigen mit einem tieferen Interesse an diesem Thema einen Blick wert. Das Endergebnis ist jedoch, dass möglicherweise ein größerer Anteil der Wirtssternmasse benötigt wird, als bisher angenommen, um die abgeleitete Population interstellarer Objekte zu erklären, die größer als 'Oumuamua sind. 'Die Hauptimplikation dieser Ergebnisse ist, dass die Masse, die benötigt wird, um interstellare Objekte größer als 'Oumuamua zu bilden, ein erheblicher Bruchteil der Masse des Wirtssterns ist, zwischen 2% und 50%.'
Wir werden immer besser darin, protoplanetare Scheiben zu studieren. Dies sind einige der hochauflösenden Bilder von ALMA von nahegelegenen protoplanetaren Scheiben, die Ergebnisse des Disk Substructures at High Angular Resolution Project (DSHARP) sind. Quelle: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), S. Andrews et al.; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello
Im Hintergrund aller Arbeiten von Loeb und Siraj steht das sogenannte Minimum Mass Solar Nebula (MMSN)-Modell. Das MMSN-Modell beschreibt die Zusammensetzung des Materials in unserem Sonnensystem, das für die Bildung der Planeten und Asteroiden benötigt wird, die die Sonne umkreisen. Die MMSN zeigt, dass aufgrund der Metallizität der Sonne etwa 1% der Sonnenmasse benötigt wurde, um die Planeten zu bilden.
Die Berechnungen und Simulationen der Autoren zeigen, dass ein wesentlich größerer Bruchteil der Masse eines Sterns erforderlich ist, um die Population von 'Oumuamua-ähnlichen Objekten zu erklären. 'Die Hauptimplikation dieser Ergebnisse ist, dass die Masse, die benötigt wird, um interstellare Objekte größer als 'Oumuamua zu bilden, ein erheblicher Bruchteil der Masse des Wirtssterns ist, zwischen 2% und 50%.'
Wenn Sie denken, dass dies eine ziemlich große Bandbreite ist, haben Sie Recht. Aber was ihre Arbeit bewirkt, ist eine stärkere Einschränkung unseres Verständnisses der Entstehung von Planetensystemen. „Diese Ergebnisse legen einen hocheffizienten Weg nahe, um protostellare Materie in ~ 0,1 km Planetesimale umzuwandeln und sie aus ihren Elternsternen auszuwerfen, und ändert das Paradigma in Bezug auf Beobachtungsbeschränkungen beim Entstehungsprozess des Planetensystems.“
Aber was am interessantesten sein könnte, ist die mögliche Schlussfolgerung. Junge Sonnensysteme können als interstellare Objekte und Schurkenplaneten mehr Masse ausstoßen, als sie behalten.
Künstlerische Illustration eines Schurkenplaneten, dunkel und mysteriös. Bildquelle: NASA
„Weder das Massenbudget der protoplanetaren Scheibe des Sonnensystems noch die beobachteten protoplanetaren oder Trümmerscheiben um andere Sterne könnten ausreichend Material für die Bildung interstellarer Objekte liefern“, schreiben Siraj und Loeb in ihrer Zusammenfassung.
Das Paar beendet seine Arbeit mit der Erwähnung, wie diese Objekte aus ihren Wirtssystemen ausgeworfen werden könnten. Aber das ist im Wesentlichen eine Art Seitenleiste. Das Forscherpaar interessiert sich mehr dafür, wie dies unser Verständnis der Entstehung des Sonnensystems verändert.
Sie weisen darauf hin, dass das kommende Vera Rubin Survey Telescope möglicherweise viele weitere interstellare Objekte finden könnte, da die Vera Rubin sich bei der Entdeckung vorübergehender Phänomene auszeichnen wird. Diese Studie ist durch eine winzige Stichprobengröße von nur zwei oder möglicherweise drei interstellaren Objekten begrenzt. Sobald wir eine größere Stichprobengröße haben, wissen wir viel mehr.
„Die Ursprünge interstellarer Objekte lassen sich aus ihrer Geschwindigkeitsverteilung ableiten, sobald eine ausreichende Anzahl von ihnen entdeckt wurde“, schreiben die Autoren.
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