Quando un giovane sistema solare si avvia, è poco più di una giovane stella e un disco rotante di detriti. Il pensiero accettato dice che i detriti vorticosi vengono spazzati via dalla formazione del pianeta. Ma un nuovo studio dice che gran parte della materia nel disco potrebbe affrontare un destino diverso.

Potrebbe non avere l'onore di diventare parte di un bel pianeta stabile, orbitando placidamente e in modo affidabile attorno alla sua stella ospite. Anziché, è semplicemente scartato. Viene espulso dai giovani, sistema stellare ancora in formazione per trascorrere la sua esistenza come oggetto interstellare o come pianeta canaglia.

Lo studio viene da Avi Loeb e Amir Siraj. Loeb e Siraj provengono entrambi dal Center for Astrophysics (CfA) di Harvard e hanno già collaborato alla ricerca. Il loro nuovo studio è intitolato "Prove preliminari che i dischi protoplanetari espellono più massa di quanta ne trattengono". È disponibile sul sito di prestampa arxiv.org e non è stato ancora sottoposto a revisione paritaria.

Loeb e Siraj indicano l'esistenza di oggetti interstellari come "Oumuamua e 2I/Borisov per sostenere il loro caso. Finora, non ci sono prove conclusive per l'origine di questi oggetti e dei loro fratelli. I ricercatori hanno avuto origini diverse, e hanno portato prove a sostegno, ma così lontano, non c'è consenso. "Oumuamua potrebbe essere un iceberg interstellare di idrogeno oscuro, un oggetto simile a Plutone, o anche una specie di "coniglio di polvere" interstellare. E la cometa 2l/Borisov è probabilmente una cometa interstellare canaglia, il primo che abbiamo osservato.

I bilanci di massa stellari mostrano che né le nuvole di exo-Oort né i dischi protoplanetari possono fornire una massa sufficiente per spiegare gli oggetti interstellari e la popolazione di pianeti canaglia. Quindi forse i nostri budget di massa stellari sono sbagliati? Forse la maggior parte del materiale nei dischi protoplanetari viene espulso e diventa oggetti interstellari come "Oumuamua, 2I/Borisov, e pianeti canaglia, con alcuni di quei pianeti che sono molte volte più grandi della Terra.

Gran parte del lavoro si basa su stime scientifiche, e molto di esso è preliminare. Gli autori lo chiariscono nel titolo del documento. Gli scienziati non hanno ancora una chiara comprensione di quanti oggetti interstellari e pianeti canaglia ci siano. Ma devi iniziare da qualche parte, e questo documento è una sorta di punto di partenza.

La loro carta si apre con, "Se gli oggetti interstellari hanno origine in dischi protoplanetari, possono essere usati per calibrare la frazione di massa che tali dischi espellono." Da lì scavano più a fondo.

"L'origine degli oggetti interstellari è un mistero irrisolto, " scrivono. "Né le nuvole di exo-Oort né i dischi protoplanetari sono in grado di riempire il budget di massa necessario per produrre la popolazione di oggetti interstellari dedotta". Ciò lascia solo due ampie possibilità per le loro origini. Uno è il diverso budget di massa stellare, che potrebbe non essere plausibile. L'altro sono le diverse probabilità di sopravvivenza per gli oggetti interstellari su vaste distanze e scale temporali.

Questo preambolo pone la domanda principale dei ricercatori:"Quanta massa per stella è necessaria per produrre oggetti interstellari?"

Il primo ostacolo nel modo di rispondere a questa domanda è il fatto che conosciamo veramente solo due oggetti interstellari:"Oumuamua, scoperto nel 2017 e la cometa 2I/Borisov, che è stato scoperto nel 2019. E gli scienziati hanno osservato solo stime per le loro dimensioni. "Si stima che Oumuamua sia tra i 20 e i 200 metri, e si stima che il nucleo di Borisov sia compreso tra 0,4 e 1 km. C'è anche un terzo potenziale oggetto interstellare chiamato CNEOS 2014-01-08, ma il suo status di oggetto interstellare non è confermato.

Abbiamo solo stime di quanti di questi oggetti interstellari ci sono, compresi i pianeti canaglia. Per oggetti come "Oumuamua e Borisov, la stima è da qualche parte intorno alle 9, 000 per stella, mentre per i pianeti rocciosi rogue circa il doppio della Terra, è tra circa cinque e dieci per stella. (Alcune stime dicono che ce ne sono di meno, solo due per stella.)

I ricercatori hanno preso quali dati ci sono, così come le stime, e ha eseguito una simulazione. La simulazione ha affrontato la loro domanda principale:"Date le dimensioni e l'abbondanza di oggetti interstellari conosciuti, quanta massa è richiesta, per stella, per produrre una tale popolazione?"

Per ogni stima di dimensione e abbondanza per gli oggetti interstellari, la coppia ha eseguito simulazioni Monte Carlo. I risultati?

Siraj e Loeb hanno scoperto che le nuvole di exo-Oort non possono contenere una massa sufficiente per essere la fonte delle popolazioni dedotte di oggetti interstellari e pianeti canaglia. La coppia presenta i propri calcoli nel documento, quindi afferma che "Come risultato, Le nuvole di stelle di Oort sono fonti non plausibili di oggetti interstellari".

Prossimo, considerano dischi protoplanetari. I loro calcoli sono presentati in dettaglio nel loro articolo e vale la pena esaminarli per coloro che sono più interessati a questo problema. Ma il risultato finale è che potrebbe essere necessaria una proporzione maggiore di massa della stella ospite di quanto si pensasse in precedenza per spiegare la popolazione dedotta di oggetti interstellari più grandi di "Oumuamua". L'implicazione principale di questi risultati è che la quantità di massa necessaria per formare oggetti più grandi di "Oumuamua è una frazione sostanziale della massa della stella ospite, tra il 2% e il 50%".

Sullo sfondo di tutto il lavoro di Loeb e Siraj c'è qualcosa chiamato modello della nebulosa solare di massa minima (MMSN). Il modello MMSN descrive la composizione del materiale nel nostro sistema solare necessaria per tenere conto della formazione dei pianeti, e asteroidi, orbita intorno al sole. L'MMSN mostra che, data la metallicità del sole, circa l'1% della massa del sole era necessario per formare i pianeti.

I calcoli e le simulazioni degli autori mostrano che ci vuole una frazione sostanzialmente più grande della massa di una stella per tenere conto della popolazione di "oggetti simili a Oumuamua". L'implicazione principale di questi risultati è che la quantità di massa necessaria per formare oggetti interstellari più grandi di "Oumuamua è una frazione sostanziale della massa della stella ospite, tra il 2% e il 50%".

Se stai pensando che sia una gamma piuttosto ampia, hai ragione. Ma ciò che il loro lavoro realizza è un vincolo più stretto alla nostra comprensione della formazione dei sistemi planetari. "Questi risultati suggeriscono un percorso altamente efficiente per convertire la materia protostellare in planetesimi di ~ 0,1 km e per espellerli dalle loro stelle madri, e cambia il paradigma per quanto riguarda i vincoli osservativi sul processo di formazione del sistema planetario."

Ma ciò che potrebbe essere più interessante è la potenziale conclusione. I giovani sistemi solari possono espellere più massa come oggetti interstellari e pianeti canaglia di quanta ne trattengono.

"Né il bilancio di massa del disco protoplanetario del sistema solare né i dischi protoplanetari osservati o di detriti attorno ad altre stelle potrebbero fornire materiale sufficiente per la formazione di oggetti interstellari, Scrivono Siraj e Loeb nel loro riassunto.

I due concludono il loro articolo menzionando come questi oggetti potrebbero essere espulsi dai loro sistemi ospiti. Ma questa è in gran parte una sorta di barra laterale. La coppia di ricercatori è più interessata a come questo cambia la nostra comprensione della formazione del sistema solare.

Sottolineano che l'imminente Vera Rubin Survey Telescope potrebbe potenzialmente trovare molti più oggetti interstellari, poiché Vera Rubin eccellerà nello scoprire fenomeni transitori. Questo studio è limitato da una piccola dimensione del campione di soli due, o possibili tre, oggetti interstellari. Una volta che abbiamo una dimensione del campione più grande, ne sapremo molto di più.

"Le origini degli oggetti interstellari possono essere dedotte attraverso la loro distribuzione di velocità, una volta individuato un numero sufficiente di essi, " scrivono gli autori.