M-type (rode dwerg) sterren zijn koelere objecten met een lage massa en een lage helderheid die de overgrote meerderheid van de sterren in ons heelal vormen - goed voor 85% van de sterren in het Melkwegstelsel alleen. In de afgelopen jaren hebben deze sterren bewezen een schatkamer te zijn voor exoplaneetjagers, met meerdere terrestrische (ook bekend als aarde-achtige) planeten bevestigd rond de dichtstbijzijnde rode dwergen van het zonnestelsel.
Maar wat nog verrassender is, is het feit dat sommige rode dwergen planeten hebben gevonden die qua grootte en massa vergelijkbaar zijn met Jupiter die eromheen draait. Een nieuwe studie, uitgevoerd door een team van onderzoekers van de University of Central Lancashire (UCLan), heeft het mysterie onderzocht hoe dit zou kunnen gebeuren. Hun werk laat in wezen zien dat gasreuzen slechts een paar duizend jaar nodig hebben om zich te vormen.
De studie, die onlangs in het tijdschrift verscheen Astronomie en astrofysica, was het werk van Dr. Anthony Mercer en Dr. Dimitris Stamatellos van de UCLan Jeremiah Horrocks, het Institute for Mathematics, Physics & Astronomy (JHI - MPA). Dr. Mercer, een astrofysica-lezer bij de JHI - MPA, leidde het onderzoek onder supervisie van Dr. Stamatellos, die de groep "Theoretische stervorming en exoplaneten" van het instituut leidt.
Samen bestudeerden ze hoe planeten zich rond rode dwergsterren konden vormen om te bepalen welk mechanisme de vorming van super-massieve gasreuzen mogelijk zou maken. Volgens conventionele modellen van planeetvorming, waar de geleidelijke opeenhoping van stofdeeltjes leidt tot steeds grotere lichamen, zouden rode dwergsystemen niet genoeg massa moeten hebben om planeten van het super-Jupiter-type te vormen.
Om deze discrepantie te onderzoeken, gebruikten Mercer en Dr. Stamatellos de UK Distributed Research using Advanced Computing (DiRAC) supercomputer - die faciliteiten op Cambridge, Durham, Edinburgh en Leicester University verbindt - om de evolutie van protoplanetaire schijven rond rode dwergsterren te simuleren. Deze roterende schijven van gas en stof komen veel voor rond alle pasgeboren sterren en leiden uiteindelijk tot planeetvorming.
Wat ze ontdekten was dat als deze jonge schijven groot genoeg zijn, ze in verschillende stukken kunnen fragmenteren, die zouden samensmelten als gevolg van wederzijdse aantrekkingskracht door het vormen van gasreuzenplaneten. Dit zou echter vereisen dat de planeten zich binnen een paar duizend jaar vormen, een tijdschema dat astrofysisch extreem snel is. Zoals Dr. Mercer uitlegde:
'Het is ongelooflijk opwindend dat planeten zich op zo'n korte tijdschaal rond kleine sterren kunnen vormen. Ons werk laat zien dat planeetvorming bijzonder robuust is: andere werelden kunnen zich zelfs op verschillende manieren rond kleine sterren vormen, en daarom kunnen planeten diverser zijn dan we eerder dachten. ”
Uit hun onderzoek bleek ook dat deze planeten na hun vorming extreem heet zouden zijn, met temperaturen die duizenden graden in hun kernen bereikten. Omdat ze geen interne energiebron hebben, zouden ze na verloop van tijd zwakker worden. Dit betekent dat deze planeten als ze nog jong zijn gemakkelijk te observeren zijn in de infraroodgolflengte, maar dat het venster voor directe waarneming klein is.
Toch konden dergelijke planeten nog steeds indirect worden waargenomen op basis van hun effect op hun gastheerster, en zo zijn typisch planeten rond rode dwergsterren gevonden. Dit staat bekend als de Radial Velocity Method (ook bekend als Doppler Spectroscopy), waarbij veranderingen in de spectra van de ster aangeven dat hij beweegt, wat een indicatie is dat planeten hun zwaartekracht beïnvloeden. Stamatellos heeft toegevoegd:
“Het was voor het eerst dat we niet alleen planeten konden zien vormen in computersimulaties, maar ook hun initiële eigenschappen zeer gedetailleerd konden bepalen. Het was fascinerend om te ontdekken dat deze planeten van het type 'snel en woedend' zijn - ze vormen zich snel en ze zijn onverwacht heet. "
Deze resultaten zijn niets, zo niet op tijd. Onlangs ontdekten astronomen een tweede extrasolaire planeet rond Proxima Centauri, de ster die het dichtst bij onze ster staat. In tegenstelling tot Proxima b, dat de grootte van de aarde heeft, rotsachtig is en in een baan rond de bewoonbare zone van de ster; Proxima c wordt verondersteld 1,5 keer zo groot te zijn als de aarde, half zo groot als Neptunus (waardoor het een mini-Neptunus is), en cirkelt ver buiten de bewoonbare zone van Proxima Centauri.
Wetende dat er een mogelijk mechanisme is waardoor gasreuzen zich rond rode dwergensterren kunnen vormen, komen we een stap dichter bij het begrijpen van deze geheel gewone, maar nog steeds mysterieuze sterren.
