¿Los planetas rebeldes alguna vez nacen aislados?

Estoy usando el término "planeta deshonesto" aquí para referirse a cualquier cosa de masa a nivel planetario que no esté orbitando alrededor de una estrella. Las discusiones populares sobre estos objetos siempre los describen como formados alrededor de una estrella y luego expulsados ​​por interacción gravitacional con otros planetas. Pero hubiera pensado que, en principio, podrían formarse en el espacio interestelar simplemente por el colapso de una nube suficientemente pequeña de polvo y gas.

Me doy cuenta de que una pequeña nube tendrá menos gravedad propia y, por lo tanto, tomaría más tiempo colapsar [ver las respuestas para corregir esta suposición] y tener una mayor probabilidad de ser interrumpida por otras fuerzas. Pero, ¿se ha realizado un análisis teórico del objeto de masa mínima que podría esperarse que se forme de forma aislada durante el período de tiempo de la vida actual del universo? Sería una sorprendente coincidencia que ese umbral mínimo fuera la misma masa que la masa requerida para la fusión de hidrógeno.

El tiempo disponible no determina la masa mínima de un "planeta" que se forma a partir de una nube de gas (las definiciones de qué es un planeta son bastante resbaladizas, y algunos dirían que este no es un planeta) . El proceso de colapso es rápido: menos de un millón de años. Sin embargo, hay una masa mínima, y ​​a lo que te refieres es a algo conocido como límite de fragmentación .

Una nube se vuelve inestable y se derrumba si su masa excede la masa de Jeans . La masa de Jeans depende de la temperatura a la potencia de 3/2 e inversamente de la raíz cuadrada de la densidad de la nube.

$$M_J \propto \frac{T^{3/2}}{\rho^{1/2}}$$ Cuando una nube de gas se derrumba, su densidad aumenta. Si es capaz de irradiar calor de manera eficiente, entonces su temperatura puede permanecer más o menos constante y, por lo tanto, la masa de Jeans disminuye . Esto permite que la nube se fragmente en pedazos más pequeños.

Por lo tanto, la masa mínima que puede colapsar aislada se establecerá según el valor más pequeño que la masa de Jeans pueda alcanzar a medida que avanza el colapso. A su vez, este límite de fragmentación se establece cuando la nube se vuelve opaca a su propia radiación, que ocurre cuando la densidad se vuelve lo suficientemente grande. En este punto, la nube ya no puede deshacerse eficientemente de todo el calor que se genera en su interior por el trabajo realizado por la gravedad al aplastarla. La temperatura aumenta y la masa de Jeans deja de disminuir. Ahora, la nube aún puede colapsar, pero no se dividirá en trozos más pequeños.

El límite de fragmentación es difícil de calcular con precisión, ya que depende de la dinámica 3D turbulenta de una nube en colapso y también de si la nube está girando. En general, se cree que está en el rango de una a unas veces la masa de Júpiter (por ejemplo, Whitworth y Stamatellos 2006 ). Esto está muy por debajo de la masa mínima para la fusión de hidrógeno de aproximadamente 75 masas de Júpiter o la fusión de deuterio de aproximadamente 13 masas de Júpiter.

Se puede encontrar evidencia de que tales objetos pueden existir en las respuestas a las preguntas relacionadas ¿ Cómo se descubren los planetas rebeldes? y ¿Hay alguna evidencia sólida de que existan planetas rebeldes?

Los astrónomos llaman al tipo de objeto que está describiendo, uno que se condensó a partir de una nebulosa aislada pero que era demasiado pequeño para sufrir fusión de hidrógeno, una enana submarrón . Son bastante difíciles de detectar, como puede imaginar, ya que "brillan" solo con el calor de su formación, muy tenuemente en el infrarrojo (la página de Wikipedia se refiere a algunas que orbitan otras estrellas y, por lo tanto, podrían clasificarse como planetas).

Se teoriza que hay un límite inferior en su masa de aproximadamente 1 masa de Júpiter, porque las masas más pequeñas no pueden condensarse de una nube interestelar aisladamente. Se han detectado algunos candidatos a enanas submarrones y se las ha incluido en la página de Wikipedia vinculada; La incertidumbre en su masa es alta (debe deducirse de su temperatura y edad sospechada). WISE-0855 es la enana sub-marrón más pequeña, más fría y más cercana en aislamiento observada hasta ahora, estimada en 3-10 veces la masa de Júpiter.