Apakah planet-planet jahat pernah dilahirkan dalam isolasi?

Saya menggunakan istilah "planet jahat" di sini secara longgar untuk berarti apa pun dari massa tingkat planet yang tidak mengorbit di sekitar bintang. Diskusi populer dari objek-objek ini selalu menggambarkan mereka sebagai pembentukan di sekitar bintang dan kemudian dikeluarkan oleh interaksi gravitasi dengan planet lain. Tetapi saya akan berpikir bahwa, pada prinsipnya, mereka dapat terbentuk di ruang antar bintang hanya dengan runtuhnya awan debu dan gas yang cukup kecil.

Saya menyadari bahwa awan kecil akan memiliki gravitasi diri lebih sedikit, dan karenanya akan membutuhkan lebih banyak waktu untuk runtuh [lihat jawaban untuk koreksi asumsi ini] dan memiliki peluang lebih besar untuk diganggu oleh kekuatan lain. Tetapi apakah analisis teoretis telah dilakukan terhadap objek massa minimum yang dapat diharapkan terbentuk secara terpisah selama jangka waktu masa hidup semesta saat ini? Ini akan menjadi kebetulan yang mengejutkan bahwa ambang minimum adalah massa yang sama dengan massa yang diperlukan untuk fusi hidrogen.

Massa minimum "planet" yang terbentuk dari awan gas (definisi tentang apa planet itu agak licin, dan beberapa orang akan mengatakan ini bukan planet sama sekali) tidak ditentukan oleh waktu yang tersedia. Proses keruntuhan cepat - kurang dari satu juta tahun. Namun ada massa minimum, dan yang Anda maksud adalah sesuatu yang dikenal sebagai batas fragmentasi .

Awan menjadi tidak stabil dan runtuh jika massanya melebihi massa Jeans . Massa Jeans tergantung pada suhu dengan kekuatan 3/2 dan berbanding terbalik dengan akar kuadrat dari kerapatan awan. Ketika awan gas runtuh, densitasnya meningkat. Jika ia dapat memancarkan panas secara efisien, maka suhunya dapat tetap lebih atau kurang konstan sehingga massa Jeans berkurang . Ini memungkinkan cloud untuk memecah menjadi potongan-potongan kecil.

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

Massa minimum yang dapat runtuh secara terpisah akan ditentukan oleh nilai terkecil yang dapat dicapai oleh massa Jeans saat keruntuhan berlangsung. Batas fragmentasi ini pada gilirannya ditetapkan oleh awan menjadi buram terhadap radiasi sendiri, yang terjadi ketika kepadatan menjadi cukup besar. Pada titik ini, awan tidak bisa lagi secara efisien menyingkirkan semua panas yang dihasilkan di interiornya oleh pekerjaan yang dilakukan oleh gravitasi dalam meremasnya. Suhu naik dan massa Jeans berhenti berkurang. Sekarang, awan mungkin masih runtuh, tetapi tidak akan pecah menjadi potongan-potongan kecil.

Batas fragmentasi sulit untuk dihitung dengan akurasi apa pun, karena tergantung pada dinamika turbulen 3D dari awan yang runtuh dan juga apakah awan itu berputar. Secara umum dianggap berada dalam kisaran satu-ke-beberapa kali massa Jupiter (mis. Whitworth & Stamatellos 2006 ). Ini jauh di bawah massa minimum untuk fusi hidrogen sekitar 75 massa Jupiter atau fusi deuterium sekitar 13 massa Jupiter.

Bukti bahwa benda-benda semacam itu mungkin ada dapat ditemukan dalam jawaban atas pertanyaan terkait Bagaimana planet-planet jahat ditemukan? dan apakah ada bukti kuat bahwa ada planet jahat?

Para astronom menyebut jenis objek yang Anda gambarkan - yang terkondensasi dari nebula yang terisolasi tetapi terlalu kecil untuk menjalani fusi hidrogen - katai sub-coklat . Mereka cukup sulit untuk dideteksi seperti yang Anda bayangkan, karena mereka "bersinar" hanya dengan panas formasi mereka, sangat redup dalam infra merah (halaman Wikipedia mengacu pada beberapa yang mengorbit bintang-bintang lain sehingga dapat diklasifikasikan sebagai planet).

Diteorikan bahwa ada batas bawah pada massa mereka sekitar 1 massa Jupiter, karena massa yang lebih kecil tidak dapat mengembun dari awan antarbintang secara terpisah. Beberapa kandidat katai sub-coklat telah terdeteksi dan terdaftar di halaman Wikipedia yang ditautkan; ketidakpastian dalam massanya tinggi (harus disimpulkan dari suhu dan usia yang diduga). WISE-0855 adalah yang paling kecil, paling dingin, dan kerdil sub-coklat terdekat dalam isolasi yang diamati sejauh ini, diperkirakan massa 3-10x Jupiter.