Gasgigantens sammensætning ikke bestemt af værtsstjernen

En overraskende analyse af sammensætningen af ​​gasgigantiske exoplaneter og deres værtsstjerner viser, at der ikke er en stærk sammenhæng mellem deres sammensætning, når det kommer til grundstoffer, der er tungere end brint og helium, ifølge nyt værk ledet af Carnegies Johanna Teske og udgivet i Astronomisk Tidsskrift . Dette fund har vigtige implikationer for vores forståelse af den planetariske dannelsesproces.

I deres ungdom, stjerner er omgivet af en roterende skive af gas og støv, hvorfra planeter er født. Astronomer har længe undret sig over, hvor meget en stjernes sammensætning bestemmer det råmateriale, som planeterne er konstrueret af - et spørgsmål, der er lettere at undersøge nu, hvor vi ved, at galaksen vrimler med exoplaneter.

"Forståelse af forholdet mellem den kemiske sammensætning af en stjerne og dens planeter kan hjælpe med at kaste lys over den planetariske dannelsesproces, " forklarede Teske.

For eksempel, tidligere forskning indikerede, at forekomsten af ​​gasgigantplaneter stiger omkring stjerner med en højere koncentration af tunge grundstoffer, andre grundstoffer end brint og helium. Dette menes at give bevis for en af ​​de primære konkurrerende teorier for, hvordan planeter dannes, som foreslår, at gasgigantplaneter bygges fra den langsomme tilvækst af skivemateriale, indtil der dannes en kerne omkring 10 gange Jordens masse. På dette tidspunkt, det solide babyplanetariske indre er i stand til at omgive sig med helium og brintgas, føder en moden gigantisk planet.

"Tidligere arbejde så på forholdet mellem tilstedeværelsen af ​​planeter og hvor meget jern der findes i værtsstjernen, men vi ønskede at udvide det til at omfatte indholdet af tunge grundstoffer i selve planeterne, og at se på mere end bare jern, " forklarede medforfatter Daniel Thorngren, som afsluttede meget af arbejdet som kandidatstuderende ved UC Santa Cruz og nu er på Université de Montréal.

Teske, Thorngren og deres kolleger-Jonathan Fortney fra UC Santa Cruz, Natalie Hinkel fra Southwest Research Institute, og John Brewer fra San Francisco State University - sammenlignede bulk-tungelementindholdet i 24 cool, gasgigantiske planeter til overflod af "planetdannende elementer" kulstof, ilt, magnesium, silicium, jern, og nikkel i deres 19 værtsstjerner. (Nogle stjerner er vært for flere planeter.)

De var overraskede over at finde ud af, at der ikke var nogen sammenhæng mellem mængden af ​​tunge grundstoffer i disse gigantiske planeter og mængden af ​​disse planetdannende grundstoffer i deres værtsstjerner. Så hvordan kan astronomer forklare den etablerede tendens, at stjerner rige på tunge grundstoffer er mere sandsynlige at være vært for gasgigantplaneter?

"At udrede denne uoverensstemmelse kan afsløre nye detaljer om planetdannelsesprocessen, " forklarede Fortney. "F.eks. hvilke andre faktorer bidrager til en babyplanets sammensætning, når den dannes? Måske dens placering på disken, og hvor langt den er fra eventuelle naboer. Mere arbejde er nødvendigt for at besvare disse afgørende spørgsmål."

Et fingerpeg kan komme fra forfatternes samlede resultater, der samler de tunge elementer i grupperinger, der afspejler deres karakteristika. Forfatterne så en foreløbig sammenhæng mellem en planets tunge grundstoffer og dens værtsstjernes relative overflod af kulstof og ilt, som kaldes flygtige grundstoffer, kontra resten af ​​elementerne inkluderet i denne undersøgelse, som falder ind under gruppen kaldet ildfaste elementer. Disse udtryk refererer til grundstoffernes lave kogepunkter - flygtighed - eller deres høje smeltepunkter - i tilfælde af de ildfaste elementer. Flygtige grundstoffer kan repræsentere en isrig planetarisk sammensætning, hvorimod ildfaste elementer kan indikere en stenet sammensætning.

Teske sagde:"Jeg er spændt på at udforske dette foreløbige resultat yderligere, og forhåbentlig tilføje flere oplysninger til vores forståelse af forholdet mellem stjerne- og planetsammensætninger fra kommende missioner som NASAs James Webb Space Telescope, som vil være i stand til at måle grundstoffer i exoplanetatmosfærer."