Er du stenet eller er du gassy? Astronomer låser op for superjordernes mysterier

En stjerne omkring 100 lysår væk i stjernebilledet Fiskene, GJ 9827, er vært for, hvad der kan være en af ​​de mest massive og tætte superjordiske planeter, der er opdaget til dato, ifølge ny forskning ledet af Carnegies Johanna Teske. Denne nye information giver bevis for at hjælpe astronomer med bedre at forstå den proces, hvorved sådanne planeter dannes.

GJ 9827-stjernen er faktisk vært for en trio af planeter, opdaget af NASA's exoplanet-jagt Kepler/K2 mission, og alle tre er lidt større end Jorden. Dette er den størrelse, som Kepler-missionen fastslog til at være mest almindelig i galaksen med perioder mellem et par og flere hundrede dage.

Spændende nok, der findes ingen planeter af denne størrelse i vores solsystem. Dette gør forskere nysgerrige efter de betingelser, de danner og udvikler sig under.

En vigtig nøgle til at forstå en planets historie er at bestemme dens sammensætning. Er disse super-jordarter stenede som vores egen planet? Eller har de faste kerner omgivet af store, gasfyldte atmosfærer?

For at prøve at forstå, hvad en exoplanet er lavet af, videnskabsmænd skal måle både dens masse og dens radius, hvilket giver dem mulighed for at bestemme dens bulkdensitet.

Når man kvantificerer planeter på denne måde, astronomer har bemærket en tendens. Det viser sig, at planeter med radier større end omkring 1,7 gange Jordens radier har en gasfyldt kappe, ligesom Neptun, og dem med radier mindre end dette er stenede, ligesom vores hjemmeplanet.

Nogle forskere har foreslået, at denne forskel skyldes fotofordampning, som fjerner planeter for deres omgivende hylster for såkaldte flygtige stoffer - stoffer som vand og kuldioxid, der har lave kogepunkter - og skaber planeter med mindre radius. Men mere information er nødvendig for virkelig at teste denne teori.

Dette er grunden til, at GJ 9827's tre planeter er specielle - med radier på 1,64 (planet b), 1,29 (planet c) og 2,08 (planet d), de spænder over denne skillelinje mellem superjord (klippefyldte) og sub-Neptun (noget gasagtige) planeter.

Heldigvis, hold af Carnegie-forskere inklusive medforfattere Steve Shectman, Sharon Wang, Paul Butler, Jeff Crane, og Ian Thompson, har overvåget GJ 9827 med deres Planet Finding Spectrograph (PFS), så de var i stand til at begrænse masserne af de tre planeter med data i hånden, i stedet for at skulle løbe for at få mange nye observationer af GJ 9827.

"Som regel, hvis der opdages en transitplanet, det tager måneder, hvis ikke et år eller mere at indsamle nok observationer til at måle dens masse, " Forklarede Teske. "Fordi GJ 9827 er en lysende stjerne, vi havde det tilfældigvis i kataloget over stjerner, som Carnegie-astronomer har overvåget for planeter siden 2010. Dette var unikt for PFS."

Spektrografen blev udviklet af Carnegie-forskere og monteret på Magellan Clay-teleskoperne ved Carnegies Las Campanas-observatorium.

PFS -observationer indikerer, at planet b er omtrent otte gange Jordens masse, hvilket ville gøre det til en af ​​de mest massive og tætte superjordarter, der endnu er opdaget. Masserne for planet c og planet d estimeres til at være omkring to og en halv og fire gange Jordens, hhv. selvom usikkerheden i disse to bestemmelser er meget høj.

Disse oplysninger tyder på, at planeten d har en betydelig flygtig konvolut, og lader spørgsmålet om, hvorvidt planet c har en flygtig konvolut eller ej, stå åbent. Men den bedre begrænsning på massen af ​​planet b antyder, at den er omkring 50 procent jern.

"Flere observationer er nødvendige for at fastlægge sammensætningen af ​​disse tre planeter, " sagde Wang. "Men de virker som nogle af de bedste kandidater til at teste vores ideer om, hvordan superjorder dannes og udvikler sig, muligvis bruge NASAs kommende James Webb -rumteleskop. "