Det finns en ännu osynlig population av Jupiterliknande planeter som kretsar i närheten av solliknande stjärnor, väntar på upptäckt av framtida uppdrag som NASA:s rymdteleskop WFIRST, enligt nya modeller av gasjättens planetbildning av Carnegies Alan Boss, beskrivs i en kommande publikation i The Astrofysisk tidskrift . Hans modeller stöds av en ny Vetenskap uppsats om den överraskande upptäckten av en gasjätteplanet som kretsar kring en stjärna med låg massa.

"Astronomer har slagit en bonanza i att söka efter och detektera exoplaneter av alla storlekar och ränder sedan den första bekräftade exoplaneten, en het Jupiter, upptäcktes 1995, " Boss förklarade. "Bokstavligen tusentals på tusentals har hittats hittills, med massor som sträcker sig från mindre än jordens, till många gånger Jupiters massa."

Men det finns fortfarande gapande hål i forskarnas kunskap om exoplaneter som kretsar runt sina stjärnor på avstånd som liknar dem där vårt solsystems gasjättar kretsar runt solen. När det gäller massa och omloppsperiod, planeter som Jupiter representerar en särskilt liten population av de kända exoplaneterna, men det är ännu inte klart om detta beror på fördomar i observationsteknikerna som används för att hitta dem – som gynnar planeter med korta perioder framför de med långa perioder – eller om detta representerar ett verkligt underskott i exoplaneternas demografi.

Alla de senaste upptäckterna av exoplaneter har lett till ett förnyat fokus på teoretiska modeller för planetbildning. Det finns två primära mekanismer för att förutsäga hur gasjätteplaneter bildas från den roterande skivan av gas och damm som omger en ung stjärna - nedifrån och upp, kallas kärntillväxt, och uppifrån och ner, kallas diskinstabilitet.

Den förra syftar på att långsamt bygga en planet genom kollisioner av allt större material - fasta dammkorn, småsten, stenblock, och så småningom planetesimals. Det senare hänvisar till en snabbt utlöst process som inträffar när skivan är massiv och tillräckligt kall för att bilda spiralarmar och sedan täta klumpar av självgraviterande gas och damm drar ihop sig och smälter samman till en babyplanet.

Medan kärntillväxt anses vara konsensusmekanismen för planetbildning, Boss har länge varit en förespråkare för den konkurrerande diskinstabilitetsmekanismen, som går tillbaka till en brytningstid 1997 Vetenskap papper.

Den nyss publicerade upptäckten av ett team som leds av Institutet för rymdstudier i Katalonien av en stjärna som är en tiondel av vår sols massa och som är värd för minst en gasjätteplanet, utmanar metoden för kärntillväxt.

Massan av en skiva bör vara proportionell mot massan av den unga stjärnan som den roterar runt. Det faktum att minst en gasjätte – möjligen två – hittades runt en stjärna som är så mycket mindre än vår sol indikerar att antingen den ursprungliga skivan var enorm, eller att core accretion inte fungerar i detta system. Omloppsperioderna för stjärnor med lägre massa är längre, som förhindrar kärnansamling från att bilda gasjättar innan skivgasen försvinner, eftersom core accretion är en mycket långsammare process än diskinstabilitet, enligt Boss.

"Det är en bra upprättelse för diskinstabilitetsmetoden och en demonstration av hur en ovanlig upptäckt kan svänga pendeln på vår förståelse av hur planeter bildas, " sa en av IEEC-forskargruppens medlemmar, Guillem Anglada-Escudé, själv tidigare Carnegie postdoc.

Boss senaste simuleringar följer den tredimensionella utvecklingen av heta diskar som börjar i en stabil konfiguration. På en mängd olika tidsskalor, dessa skivor kyls ner och bildar spiralarmar, så småningom resulterar i täta klumpar som representerar nyfödda protoplaneter. Deras massor och avstånd från värdstjärnan liknar Jupiter och Saturnus.

"Mina nya modeller visar att diskinstabilitet kan bilda täta klumpar på avstånd som liknar dem från solsystemets jätteplaneter, " sade chefen. "Exoplaneträkningen är fortfarande mycket på gång, och detta arbete tyder på att det finns många fler gasjättar där ute som väntar på att bli räknade."