Werden Schurkenplaneten jemals isoliert geboren?

Ich verwende den Begriff "Schurkenplanet" hier lose, um irgendetwas von Masse auf Planetenebene zu bedeuten, das nicht um einen Stern kreist. In populären Diskussionen über diese Objekte wird immer beschrieben, dass sie sich um einen Stern bilden und dann durch Gravitationsinteraktion mit anderen Planeten ausgestoßen werden. Aber ich hätte gedacht, dass sie sich im interstellaren Raum im Prinzip nur durch den Zusammenbruch einer ausreichend kleinen Staub- und Gaswolke bilden könnten.

Mir ist klar, dass eine kleine Wolke weniger Selbstgravitation hat und daher mehr Zeit zum Zusammenbruch benötigt [siehe die Antworten für eine Korrektur dieser Annahme] und eine größere Chance hat, von anderen Kräften gestört zu werden. Aber wurde eine theoretische Analyse des Objekts mit minimaler Masse durchgeführt, von dem erwartet werden kann, dass es sich im Zeitrahmen der aktuellen Lebensdauer des Universums isoliert bildet? Es wäre ein überraschendes Zusammentreffen, dass diese Mindestschwelle dieselbe Masse wie die für die Wasserstofffusion erforderliche Masse hätte.

Die minimale Masse eines "Planeten", der sich aus einer Gaswolke bildet (Definitionen dessen, was ein Planet ist, sind ziemlich rutschig, und einige würden sagen, dass dies überhaupt kein Planet ist), werden nicht durch die verfügbare Zeit bestimmt. Der Zusammenbruch ist schnell - weniger als eine Million Jahre. Es gibt jedoch eine Mindestmasse, und Sie beziehen sich auf die sogenannte Fragmentierungsgrenze .

Eine Wolke wird instabil und kollabiert, wenn ihre Masse die Jeansmasse überschreitet . Die Jeansmasse hängt von der Temperatur bis zur Potenz 3/2 und umgekehrt von der Quadratwurzel der Wolkendichte ab. Wenn eine Gaswolke zusammenbricht, nimmt ihre Dichte zu. Wenn es in der Lage ist, Wärme effizient abzustrahlen, kann seine Temperatur mehr oder weniger konstant bleiben und die Jeansmasse nimmt ab . Dadurch kann die Wolke in kleinere Stücke zersplittert werden.

$$M_J \propto \frac{T^{3/2}}{\rho^{1/2}}$$

Die minimale Masse, die isoliert kollabieren kann, wird daher durch den kleinsten Wert festgelegt, den die Jeansmasse im Verlauf des Kollapses erreichen kann. Diese Fragmentierungsgrenze wird wiederum dadurch festgelegt, dass die Wolke für ihre eigene Strahlung undurchsichtig wird, was auftritt, wenn die Dichte groß genug wird. Zu diesem Zeitpunkt kann die Wolke nicht mehr effizient die gesamte Wärme abführen, die in ihrem Inneren durch die Arbeit der Schwerkraft beim Quetschen erzeugt wird. Die Temperatur steigt und die Jeansmasse hört auf abzunehmen. Jetzt kann die Wolke immer noch zusammenbrechen, aber sie wird nicht in kleinere Teile zerfallen.

Die Fragmentierungsgrenze ist schwer genau zu berechnen, da sie von der turbulenten 3D-Dynamik einer kollabierenden Wolke und auch davon abhängt, ob sich die Wolke dreht. Es wird allgemein angenommen, dass es im Bereich des ein- bis ein paarfachen der Masse des Jupiter liegt (z. B. Whitworth & Stamatellos 2006 ). Dies liegt weit unter der Mindestmasse für die Wasserstofffusion von etwa 75 Jupitermassen oder die Deuteriumfusion von etwa 13 Jupitermassen.

Hinweise darauf, dass solche Objekte existieren könnten, finden sich in Antworten auf die damit verbundenen Fragen. Wie werden Schurkenplaneten entdeckt? und Gibt es irgendwelche harten Beweise dafür, dass Schurkenplaneten existieren?

Astronomen nennen den von Ihnen beschriebenen Objekttyp - einen, der aus einem isolierten Nebel kondensiert, aber zu klein war, um eine Wasserstofffusion durchzuführen - einen subbraunen Zwerg . Sie sind ziemlich schwer zu erkennen, wie Sie sich vorstellen können, da sie nur mit der Hitze ihrer Formation "leuchten", sehr schwach im Infrarot (die Wikipedia-Seite bezieht sich auf einige, die andere Sterne umkreisen und daher als Planeten klassifiziert werden könnten).

Es wird vermutet, dass es eine Untergrenze für ihre Masse von etwa 1 Jupitermasse gibt, da kleinere Massen nicht isoliert aus einer interstellaren Wolke kondensieren konnten. Einige subbraune Zwergkandidaten wurden entdeckt und auf der verlinkten Wikipedia-Seite aufgelistet. Die Unsicherheit in ihrer Masse ist hoch (muss aus ihrer Temperatur und ihrem vermuteten Alter abgeleitet werden). WISE-0855 ist der kleinste, kälteste und nächste subbraune Zwerg, der bisher isoliert beobachtet wurde, geschätzte 3-10-fache Jupitermasse.