Ekstremt varmt og utroligt tæt: Hvordan varme Jupiters trodser teori

Inde på eksoplaneter: Motley Crew of Worlds deler fælles tråd

Et kunstners indtryk, der viser et nærbillede af den ekstrasolare planet XO-1b, der passerer foran en sollignende stjerne 600 lysår fra Jorden. Den Jupiter-store planet befinder sig i en stram fire-dages bane omkring stjernen. (Billedkredit: NASA, ESA og G. Bacon (STScI))



Paul Sutter er gæsteforsker ved Ohio State University's Center for Cosmology and Astro-Particle Physics ( CCAPP ). Sutter er også vært for podcasts ' Spørg en rummand ' og ' RealSpace , 'og YouTube -serien' Plads i dit ansigt . '



Som sædvanlig troede vi, at vi havde fundet ud af det hele. Kan du se den gasgigant derovre i det ydre solsystem? Det blev født der. Det vil tilbringe hele sit liv der, og det vil dø der. Sikker på at det kan vrikke lidt rundt hvert par hundrede millioner år - hvem gør ikke? - men i det store og hele bevæger planeter sig ikke.

Overraskelse: Planeter bevæger sig. Og ikke bare lidt. De bevæger sig meget. Over det hele. Faktisk, i de tidlige dage af et solsystems dannelse, er planeter lidt rambunctious: squirrely små småbørn, der springer om under fødderne. Men det var først, da vi begyndte at observere planeter i andre solsystemer ('ekstrasolare planeter' eller 'exoplaneter' for astronomen på farten), at vi virkelig lagde mærke til denne kendsgerning.

Hot Jupiters pisker rundt



Og det var ikke bare enhver form for eksoplanet, der satte gang i denne nytænkning; det var de varme Jupiters. Forestil dig: en planet mere massiv end den største i vores solsystem og 10 gange varmere, et uhyrligt dyr af brint og andre elementer, komplet med hvirvlende gasbånd og en rig, dynamisk atmosfære, der kredser tættere på sin stjerne end Merkur kredser om solen . I nogle solsystemer kredser en sådan planet så hurtigt, at dens år er kortere end Jordens dag. Det betyder, at disse verdener kan piske rundt om deres forældrestjerner på timer. Den involverede fysik kan reducere den mest hærdede videnskabsmand til tårer.

Da astronomer opdagede den første varme Jupiter (51 Pegasi b, den første eksoplanet, der blev fundet omkring en sollignende stjerne, ikke mindre), var reaktionen mest: 'Ha ha, moder natur, det er sødt. Du fik os denne gang, men ikke flere sjove forretninger, ok? '

Men så blev der fundet en anden varm Jupiter. Og en anden. Så en halv snes mere. De gik fra fjollede oddballs til ... normalitet. For et stykke tid begyndte det at ligne vores eget solsystem var det underlige. Måske skulle de bare kaldes 'almindelige Jupitere', og vores omdøbt til en 'kold Jupiter?'



Astronomer, der leder efter en anden jord, kommer tættere på takket være de seneste opdagelser fra Kepler -rumteleskopet. [Se vores fulde infografik om typer fremmede planeter her.

Astronomer, der leder efter en anden jord, kommer tættere på takket være de seneste opdagelser fra Kepler -rumteleskopet. [Se vores fulde infografik om typer fremmede planeter her.(Billedkredit: Karl Tate, demokratija.eu Contributor)

At se stjerner - og planeter

Set i bakspejlet er det ikke overraskende, at astronomer opdagede disse massive planeter, der bor så tæt på deres forældrestjerner. Vores detektionsmetoder er jo mest følsomme over for netop disse scenarier.



En metode er baseret på selve forælderstjernens bevægelse. Har du nogensinde spottet en hund i snor, der løb frem og tilbage? Hunden, der forsøger at jagte dig, løber indtil snoren stopper den. Du går den modsatte retning, og det gør hunden også, indtil 'thunk!' og snoren når igen sin grænse.

I denne virkelig dårlige analogi håner hver planet sin forældresol gennem tyngdekraften. I løbet af en del af planetens år sidder verden på en bestemt position i systemet. Forsigtigt, uge ​​for uge, forsøger planeten at trække stjernen hen til den, for sådan fungerer tyngdekraften. Men noget tid senere befinder planeten sig på den modsatte side af systemet. 'Nej, stjerne, jeg mente at komme herover, ikke derovre!'

Frem og tilbage går stjernen og hænger rundt - bare en lille smule - den er trods alt enorm i forhold til dens planeter. Men med præcise nok målinger kan vi opdage den wobble ved en rødt og blå forskydning af stjernens udsendte lys. [ Direkte billeddannelse: Det næste store trin i jagten på eksoplaneter ]

En anden kraftfuld metode - og i dag, den metode, der oftest bruges til at finde nye planeter - er simpelthen at lede efter fjerne formørkelser. Hvis vi får justeringen helt i orden og stirrer på nok stjerner, vil en planet en gang imellem krydse sin forælders ansigt og nogensinde så let dæmpe stjernen. Bingo: en transitdetektion!

Begge disse metoder vil lettere finde en planet, hvis den er stor, hvilket giver et stærkere træk fra vrikning eller et mere markant fald i lysstyrken.

Så disse metoder vil først udvælge de massive, tætte planeter, fordi de vil give de stærkeste, tydeligste, mindst tvetydige signaler. Og med planeter, der har hurtige orbitale hastigheder, kan du få mere signal bang for din observationsbuk.

Det førte til den første bekymring: I et stykke tid virkede det til at hver eksoplanet var en varm Jupiter. Heldigvis, da vores detektionsmetoder blev forbedret og vi kunne få øje på mindre exoplaneter , vi har lært, at galaksen er et blødere sted. Der er masser af varme Jupiters, men også masser af almindelige Jupiters, og enhver anden slags planet, du kan forestille dig .

Næsten en sol, men ikke helt

Alligevel, hvordan blev de varme Jupiters så varme? For at frø en gasgigant har du brug for mere end sten til en kerne, simpelthen fordi der ikke er nok sten i et solsystem til at lave en anstændig planet i Jupiter-størrelse. Du skal også lime en flok is sammen, og sidste gang jeg tjekkede, er der ikke ligefrem mange is nær overfladen af ​​en stjerne. Så tydeligvis dannede de varme Jupiters sig ikke i Mercurial -positionerne, hvor vi nu finder dem. Hvad giver?

Det bedste gæt, vi har hidtil-og det er virkelig et gæt på dette tidspunkt-er, at en Jupiter-lignende planet dannes i en passende Jupiter-lignende bane i et tidligt gasformigt, nebuløst ikke-helt-et-solsystem. Den store verden rydder et hul i den gasformige disk, for det er det, gigantiske planeter gør. Den sidder fast i midten af ​​hullet som en bil på en racerbane. Hvis den bevæger sig for tæt ind, roterer gassbåndene omkring stjernen hurtigere, end planeten kredser om, og så skubber den gigantiske unge planet tilbage. Hvis planeten skyder for langt ud, skubber de langsommere gasbånd, der er placeret der, den tilbage på sin rette plads.

hvis du

Hvis du er en aktuel ekspert-forsker, virksomhedsleder, forfatter eller innovatør-og gerne vil bidrage med et op-ed-stykke, mail os her .(Billedkredit: demokratija.eu)

Men da systemet er så ungt, er det ikke færdigt med at kontrahere og komprimere. Gassen børster hele tiden mod planeten og spiller et fantastisk stort spil curling for at holde planeten inden for hullet. Og da hele gasdisken fortsætter med at presse indad til sin endelige, kompakte størrelse, bærer den hullet - og den nydannede planet - med sig. Voilà: en planet i Jupiter-størrelse i det indre solsystem!

Men hvis det er så let, hvorfor sker det så kun nogle gange? Hvorfor kommer vores solsystems Jupiter, hvor det 'hører til'? Og hvad stopper en varm Jupiter fra at blive en meget varm Jupiter og bare styrte ind i sin stjerne? Og ærlig talt virker hele mekanismen lidt usikker, hvis du spørger mig.

Der er bestemt mange ting, vi ikke forstår, og hot Jupiters giver os endnu et pirrende fingerpeg om det større puslespil om, hvordan solsystemer dannes, både her og i udlandet. For at løse denne gåde skal vi gøre, hvad forskere gør bedst: tænk lidt mere over det. Og flere data ville heller ikke skade.

Lær mere ved at lytte til afsnittet ' Hvad sker der med eksoplaneter? ' på podcasten 'Ask a Spaceman', tilgængelig den iTunes og på Internettet kl http://www.askaspaceman.com . Tak til Jon Ziegler, Dan Cataldo, @infirmus, @MarkRiepe og Kieran Price for de spørgsmål, der førte til dette stykke! Stil dit eget spørgsmål på Twitter ved hjælp af #AskASpaceman eller ved at følge Paul @PaulMattSutter og kl facebook.com/PaulMattSutter .

Følg alle spørgsmål og debatter om ekspertstemmer - og bliv en del af diskussionen - videre Facebook , Twitter og Google+ . De udtrykte synspunkter er forfatterens og afspejler ikke nødvendigvis udgiverens synspunkter. Denne version af artiklen blev oprindeligt offentliggjort den demokratija.eu .