Safirer og rubiner på himlen

Forskere ved universiteterne i Zürich og Cambridge har opdaget en ny, eksotisk klasse af planeter uden for vores solsystem. Disse såkaldte superjorde blev dannet ved høje temperaturer tæt på deres værtsstjerne og indeholder store mængder calcium, aluminium og deres oxider - inklusive safir og rubin.

Enogtyve lysår væk fra Jorden i stjernebilledet Cassiopeia, en planet kredser om sin stjerne med en omløbsperiode på kun tre dage. Dens navn er HD219134 b. Det er en såkaldt "superjord, " med en masse næsten fem gange Jordens. I modsætning til Jorden, det har højst sandsynligt ikke en massiv kerne af jern, men er rig på calcium og aluminium.

"Måske skinner det rødt til blåt som rubiner og safirer, fordi disse ædelstene er aluminiumoxider, som er almindelige på exoplaneten, " siger Caroline Dorn, astrofysiker ved Institut for Beregningsvidenskab ved Universitetet i Zürich. HD219134 b er en af ​​tre kandidater, der sandsynligvis vil tilhøre en ny, eksotisk klasse af exoplaneter, som Caroline Dorn og hendes kolleger ved universiteterne i Zürich og Cambridge nu rapporterer i det britiske tidsskrift MNRAS .

Forskerne studerer dannelsen af ​​planeter ved hjælp af teoretiske modeller og sammenligner deres resultater med data fra observationer. Det er kendt, at under deres dannelse, stjerner som solen var omgivet af en skive af gas og støv, hvori planeter blev født. Klippeplaneter som Jorden blev dannet ud af de faste legemer, der blev tilbage, da den proto-planetariske gasskive spredte sig. Disse byggesten kondenserede ud af nebulargassen, da skiven afkøledes. "Normalt, disse byggesten er dannet i områder, hvor klippedannende elementer såsom jern, magnesium og silicium er kondenseret, " forklarer Dorn, som er forbundet med NCCR PlanetS. De resulterende planeter har en jordlignende sammensætning med en jernkerne. De fleste af de hidtil kendte superjorder er blevet dannet i sådanne områder.

Sammensætningen af ​​superjord er mere forskelligartet end forventet

Men der er også områder tæt på stjernen, hvor det er meget varmere. "Der, mange grundstoffer er stadig i gasfasen, og de planetariske byggesten har en helt anden sammensætning, " siger astrofysikeren.

Med deres modeller, forskerholdet beregnede, hvordan en planet, der dannes i et så varmt område, skulle se ud. Deres resultat:Calcium og aluminium er hovedbestanddelene ved siden af ​​magnesium og silicium, og der er næsten ikke noget jern. "Det er derfor, sådanne planeter ikke kan, for eksempel, har et magnetfelt som Jorden, " siger Dorn. Og fordi den indre struktur er så anderledes, deres køleadfærd og atmosfærer vil også adskille sig fra normale superjorders. Holdet taler derfor om en ny, eksotisk klasse af superjord dannet af højtemperaturkondensater.

"Det spændende er, at disse objekter er helt forskellige fra de fleste jordlignende planeter, siger Dorn, "hvis de faktisk eksisterer." Sandsynligheden er stor, som astrofysikerne forklarer i deres papir. "I vores beregninger, vi fandt ud af, at disse planeter har 10 til 20 procent lavere tætheder end Jorden."

Andre exoplaneter med tilsvarende lave tætheder blev også analyseret af holdet. "Vi så på forskellige scenarier for at forklare de observerede tætheder, " siger Dorn. F.eks. en tyk atmosfære kan føre til en lavere samlet tæthed. Men to af de undersøgte exoplaneter, 55 Cancri e og WASP-47 e, kredser deres stjerne så tæt, at deres overfladetemperatur er næsten 3000 grader, og de ville have mistet denne gashylster for længe siden.

"På HD219134 b, det er mindre varmt, og situationen er mere kompliceret, " forklarer Dorn. Ved første øjekast, den lavere tæthed kunne også forklares med dybe oceaner. Men en anden planet, der kredser om stjernen lidt længere ude, gør dette scenarie usandsynligt. En sammenligning af de to objekter viste, at den indre planet ikke kan indeholde mere vand eller gas end den ydre. Det er stadig uklart, om magmahavene kan bidrage til den lavere tæthed.

"Så vi har fundet tre kandidater, der tilhører en ny klasse af superjorder med denne eksotiske sammensætning, " siger Dorn. Forskerne retter også et tidligere billede af superjorden 55 Cancri e, som havde skabt overskrifter i 2012 som "diamanten på himlen". Forskere havde tidligere antaget, at planeten stort set bestod af kulstof, men måtte opgive denne teori på grundlag af efterfølgende observationer. "Vi forvandler den formodede diamantplanet til en safirplanet, " griner Dorn.