Gamle stjerner kaster lys over Jordens ligheder med andre planeter

Jordlignende planeter kan være almindelige i universet, en ny UCLA undersøgelse indebærer. Holdet af astrofysikere og geokemikere præsenterer nye beviser for, at Jorden ikke er unik. Undersøgelsen blev offentliggjort i tidsskriftet Videnskab den 18. okt.

"Vi har lige hævet sandsynligheden for, at mange klippeplaneter er som Jorden, og der er et meget stort antal klippeplaneter i universet, " sagde medforfatter Edward Young, UCLA professor i geokemi og kosmokemi.

Forskerne, ledet af Alexandra Doyle, en UCLA kandidatstuderende i geokemi og astrokemi, udviklet en ny metode til at analysere i detaljer geokemien af ​​planeter uden for vores solsystem. Doyle gjorde det ved at analysere grundstofferne i sten fra asteroider eller klippeplanetfragmenter, der kredsede om seks hvide dværgstjerner.

"Vi studerer geokemi i klipper fra andre stjerner, hvilket er næsten uhørt, " sagde Young.

"At lære sammensætningen af ​​planeter uden for vores solsystem er meget vanskeligt, " sagde medforfatter Hilke Schlichting, UCLA lektor i astrofysik og planetarisk videnskab. "Vi brugte den eneste mulige metode - en metode, vi var pionerer for - til at bestemme geokemien af ​​klipper uden for solsystemet."

Hvide dværgstjerner er tætte, udbrændte rester af normale stjerner. Deres stærke tyngdekraft forårsager tunge grundstoffer som kulstof, ilt og nitrogen synker hurtigt ind i deres indre, hvor de tunge grundstoffer ikke kan opdages af teleskoper. Den nærmeste hvide dværgstjerne, Doyle undersøgte, er omkring 200 lysår fra Jorden, og den fjerneste er 665 lysår væk.

"Ved at observere disse hvide dværge og de elementer, der er til stede i deres atmosfære, vi observerer de elementer, der er i kroppen, der kredsede om den hvide dværg, " sagde Doyle. Den hvide dværgs store tyngdekraft smadrer asteroiden eller planetfragmentet, der kredser om den, og materialet falder ned på den hvide dværg, hun sagde. "At observere en hvid dværg er som at foretage en obduktion af indholdet af det, den har spist i sit solsystem."

Dataene Doyle analyserede blev indsamlet med teleskoper, mest fra W.M. Keck Observatory på Hawaii, som rumforskere tidligere havde indsamlet til andre videnskabelige formål.

"Hvis jeg bare skulle se på en hvid dværgstjerne, Jeg ville forvente at se brint og helium, " sagde Doyle. "Men i disse data, Jeg ser også andre materialer, såsom silicium, magnesium, kulstof og ilt - materiale, der ophobet sig på de hvide dværge fra kroppe, der kredsede om dem."

Når jern oxideres, det deler sine elektroner med ilt, danner en kemisk binding mellem dem, sagde Young. "Dette kaldes oxidation, og du kan se det, når metal bliver til rust, " sagde han. "Oxygen stjæler elektroner fra jern, producerer jernoxid frem for jernmetal. Vi målte mængden af ​​jern, der blev oxideret i disse klipper, der ramte den hvide dværg. Vi undersøgte, hvor meget metallet ruster."

Sten fra jorden, Mars og andre steder i vores solsystem ligner hinanden i deres kemiske sammensætning og indeholder et overraskende højt niveau af oxideret jern, sagde Young. "Vi målte mængden af ​​jern, der blev oxideret i disse sten, der ramte den hvide dværg, " han sagde.

Solen består for det meste af brint, som gør det modsatte af at oxidere - brint tilføjer elektroner.

Forskerne sagde, at oxidationen af ​​en stenet planet har en betydelig effekt på dens atmosfære, dens kerne og den slags sten, den laver på overfladen. "Al den kemi, der sker på Jordens overflade, kan i sidste ende spores tilbage til planetens oxidationstilstand, " sagde Young. "Det faktum, at vi har oceaner og alle de ingredienser, der er nødvendige for liv, kan spores tilbage til, at planeten bliver oxideret, som den er. Klipperne styrer kemien."

Indtil nu, videnskabsmænd har ikke vidst i detaljer, om kemien af ​​stenede exoplaneter ligner eller er meget forskellig fra Jordens.

Hvor ens er de sten, som UCLA-holdet analyserede, med sten fra Jorden og Mars?

"Meget ens, " sagde Doyle. "De er jordlignende og Mars-lignende med hensyn til deres oxiderede jern. Vi opdager, at sten er sten overalt, med meget lignende geofysik og geokemi."

"Det har altid været et mysterium, hvorfor klipperne i vores solsystem er så oxiderede, " sagde Young. "Det er ikke, hvad du forventer. Et spørgsmål var, om dette også ville være sandt omkring andre stjerner. Vores undersøgelse siger ja. Det lover rigtig godt for at lede efter jordlignende planeter i universet."

Hvide dværgstjerner er et sjældent miljø for forskere at analysere.

Forskerne undersøgte de seks mest almindelige grundstoffer i sten:jern, ilt, silicium, magnesium, calcium og aluminium. De brugte matematiske beregninger og formler, fordi videnskabsmænd ikke er i stand til at studere faktiske sten fra hvide dværge. "Vi kan bestemme geokemien af ​​disse sten matematisk og sammenligne disse beregninger med sten, som vi har fra Jorden og Mars, " sagde Doyle, hvis baggrund er i geologi og matematik. "Det er afgørende at forstå klipperne, fordi de afslører planetens geokemi og geofysik."

"Hvis udenjordiske bjergarter har en tilsvarende mængde oxidation som Jorden har, så kan du konkludere, at planeten har lignende pladetektonik og lignende potentiale for magnetiske felter som Jorden, som er almindeligt anset for at være nøgleingredienser for livet, " sagde Schlichting. "Denne undersøgelse er et spring fremad med hensyn til at være i stand til at gøre disse slutninger for kroppe uden for vores eget solsystem og indikerer, at det er meget sandsynligt, at der virkelig findes jordanaloger."

Young sagde, at hans afdeling har både astrofysikere og geokemikere, der arbejder sammen.

"Resultatet, " han sagde, "Er vi i gang med ægte geokemi på sten uden for vores solsystem. De fleste astrofysikere ville ikke tænke på at gøre dette, og de fleste geokemikere ville aldrig tænke på at anvende dette på en hvid dværg."