Jordliknande främmande planeter kan gömma sig i damm runt avlägsna stjärnor

Vattenånga tipsar om planeter som bildar sig kring närliggande stjärnor

Konstnärens koncept visar en mycket ung stjärna som omges av en skiva med gas och damm, de råvaror från vilka steniga planeter som jorden tros bildas. (Bildkredit: NASA/JPL-Caltech)





Stjärnor med skräp runt omkring sig kan vara bra mål att söka efter jordliknande utomjordiska planeter, säger forskare.

Skräpskivor består av fält av planetesimaler och damm som omger stjärnor. Några hundra stjärnor har hittats som visar tecken på en skräpskiva , sa astrofysiker Sean Raymond från observatoriet i Bordeaux i Frankrike.

Dammens livslängd är mycket kort jämfört med stjärnornas livslängd - till exempel kan dammet spridas ut i interstellära rymden genom gravitationella störningar från jätteplaneter. Man tror att alla skräpskivor som astronomer upptäcker fylls på av kollisioner mellan asteroidstora kroppar som i grunden är rester av stenig planetbildning. Som sådan, om någon skiva som syns är relativt stor, kan dess system vara tillräckligt lugnt när det gäller dess orbitaldynamik för att steniga världar kan bildas.



'För att skräpskivor ska kunna existera runt gamla stjärnor behöver du en dynamiskt lugn miljö utan starka gravitationstörningar. För att bilda markbundna planeter behöver du samma sak. Så det är vettigt att dessa två resultat bör korreleras, säger Raymond. 'Jag tror att den viktigaste innebörden av resultaten är att, om jag har rätt, så kan skräpskivor fungera som vägvisare för system med stor sannolikhet att ha markbundna planeter och i vissa fall jordliknande planeter.'

Modellering av planetbildning

För att utforska denna idé simulerade Raymond och hans kollegor hur planeter växer fram från skräpskivor. Inre skivor bildar tydligen steniga planeter på 10 till 100 miljoner år, resultatet av påverkan mellan asteroidstora planetesimaler och mån- till Mars-stora protoplaneter. [De konstigaste främmande planeterna]



Inre skivor är inte tillräckligt massiva för att producera kärnor på jätteplaneter. Dessa uppstår längre ut i skivan, i 'snölinjen' långt bort från solen där temperaturen är tillräckligt låg för att väteföreningar ska kondensera till isiga korn.

Man tror att gasjättar vanligtvis bildas inom de första miljoner åren efter att en stjärnas protoplanetära skiva uppträdde. Det betyder att de kan påverka steniga planeter i den inre skräpskivan när de fortfarande bildas.

För att se vilka effekter jätteplaneter kan ha på stenformad planetsbildning simulerade forskargruppen en inre skiva med 500 planetesimaler och 50 planetariska embryon lika med nio jordmassor på ett avstånd av en halv till fyra gånger jordens avstånd till solen; tre gasjättar på avstånd som matchar Jupiters eller Saturnus vid fem till tio gånger jordens avstånd från solen; och en yttre skiva av planetesimaler lika med 50 till 100 jordmassor 10 till 20 gånger jordens avstånd från solen, jämförbart med vårt solsystems Kuiperbälte. De lät sedan dessa system utvecklas i 100 miljoner till 200 miljoner år.



'Jag körde mer än 500 simuleringar som var och en tog mellan några veckor och sex månader att köra,' sa Raymond.

Beroende på massor, banor och andra egenskaper hos skivorna och världarna som används i simuleringarna kan de gravitationella instabiliteten som utlöses av de gigantiska planeterna eliminera de flesta eller alla planetesimaler och omorganisera planeternas positioner.

Forskarna fann att stjärnor med bredare och mer massiva yttre skivor är mer benägna att rymma steniga planeter, eftersom planetesimaler i dessa yttre skivor kan minska excentriciteter i banor på gasjätteplaneter, vilket minskar risken för att gasformiga planeter gravitationellt kommer att slinga de steniga planeterna utåt .

System med mindre massiva jätteplaneter i storlek Neptunus stöder också mycket sannolikt markbundna planeter.

'Raymond och medarbetare har identifierat en väg som kan vägleda oss mot marknära exoplaneter på jordliknande avstånd från deras stjärna', sa planetforskaren Rory Barnes vid University of Washington, som inte deltog i denna forskning. 'Dessa planeter är extremt utmanande att upptäcka, så alla ledtrådar som begränsar sökningen är av stort värde.'

'Det som är bra med den här idén är att den är testbar helt enkelt genom att leta efter planeter med låg massa runt stjärnor med skräpskivor. Det arbetet pågår, konstaterade Raymond. [ Galleri: De minsta främmande planeterna ]

Konstnärens uppfattning om den nyfödda utomjordiska planeten LkCa 15 b och dess moderstjärna, som finns cirka 450 ljusår från jorden i stjärnbilden Oxen.

Konstnärens uppfattning om den nyfödda utomjordiska planeten LkCa 15 b och dess moderstjärna, som finns cirka 450 ljusår från jorden i stjärnbilden Oxen.(Bildkredit: Karen L. Teramura, UH IfA)

Vårt udda solsystem

Intressant nog ser vårt solsystem ovanligt ut med tanke på dessa fynd eftersom det har såväl steniga planeter som gigantiska planeter som är relativt lugna när det gäller deras orbitaldynamik, men ingen skräpskiva.

'Så, varför har vi inte detta damm?' Sa Raymond. 'Tja, det visar sig att i mer än en halv miljard år efter bildandet hade solsystemet en ljus skräpskiva! Som är fallet för andra stjärnor, producerades dammet av isiga planetesimaler som ibland kolliderade och slipade sig bort. Denna befolkning av planetesimaler var det ursprungliga Kuiperbältet, och vi tror att det innehöll cirka 50 jordmassor av material, minst 100 gånger mer massa än det gör idag. '

Kuiperbältet rensades dock nästan helt under en period instabilitet för ungefär 3,8 miljarder år sedan som är kopplad till ' Sent tungt bombardemang , 'när asteroider slängdes runt solsystemet och lämnade planeter med ärr fortfarande synliga idag.

'Denna instabilitet förflyttade jätteplaneternas banor - Jupiter och Saturnus rörde sig lite längre bort, men Uranus och Neptunus var utspridda utåt i det ursprungliga Kuiperbältet', förklarade Raymond. 'Uranus och Neptunus fortsatte att förstöra Kuiperbältet helt och hållet huvudsakligen genom att sprida föremål inåt mot Jupiter och Saturnus, som fortsatte att gravitera dem från solsystemet, och en mycket liten bråkdel påverkade jorden och månen och andra planeter. Detta förklarar de nästan cirkulära banorna i Jupiter och Saturnus och brist på damm. ' [Foton: Saturns ringar och månar]

Framtida forskning kan använda de modeller som Raymond och hans kollegor utvecklat för att uppskatta om stjärnor som rymmer skräpskivor kan vara värdiga steniga planeter. En kandidat kan vara det Eta Corvi , vars omgivande damm kan vara resterna av en kollision mellan en jordliknande värld och en eller flera kometer, en främmande version av vårt solsystems sena tunga bombardemang.

'Det vore fantastiskt om deras arbete kan hjälpa oss att ge oss en fysisk bild av vad som händer i Eta Corvi', sa astrofysiker Carey Lisse vid Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, som inte deltog i denna studie.

Sällsynta skräpskivor

Även om Raymond föreslår att stjärnor med skräpskivor ska vara bra ställen att leta efter markplaneter, visar det sig att endast en av sex stjärnor äldre än 1 miljard år har observerats ha skräpskivor .

'Hur är det med stjärnor utan skräpskivor?' Frågade Raymond.

Det faktum att många stjärnor tydligen inte har skräpskivor betyder förmodligen att många stjärnor helt enkelt inte föds med tillräckligt med material för att göra skräpskivor, säger Raymond. 'De allra flesta - cirka 100 procent - av väldigt unga stjärnor har visserligen cirkelformade skivor men de yttre delarna av många av dessa måste antingen störas, kanske genom att passera stjärnor i deras stjärnkammare, eller helt enkelt inte innehålla tillräckligt med saker för att göra skräpskivor. '

Det betyder ändå inte att dessa skivlösa stjärnor saknar markvärldar, som man kan se i vårt eget solsystem.

'Istället kan jätteplaneter användas som en barometer-stjärnor med jätteplaneter på avlägsna banor med låg excentricitet är förmodligen bra miljöer för bildandet av markplaneter, och stjärnor med jätteplaneter nära eller hög excentricitet är inte det,' sa Raymond .

'Sammanfattningsvis är det svårt att säga något om en specifik stjärna utan skräpskiva, även om det statistiskt sett kan ha markbundna planeter,' sa Raymond. 'Men en stjärna med en skräpskiva, enligt mig, har en hög sannolikhet att vara värd för markplaneter, och om den inte heller har en excentrisk jätteplanet är sannolikheten ännu högre.'

Forskarna publicerar sina fynd i tidskriften Astronomy & Astrophysics.

Denna berättelse lämnades till guesswhozoo.com av Astrobiology Magazine. Följ guesswhozoo.com för det senaste inom rymdvetenskap och prospekteringsnyheter på Twitter @Spacedotcom och igen Facebook .