Wie können zwei in gewisser Hinsicht so ähnliche Planeten so unterschiedliche Dichten haben? Einer neuen Studie zufolge könnte eine katastrophale Kollision schuld sein.
In unserem Sonnensystem sind alle inneren Planeten kleine felsige Welten mit ähnlichen Dichten, während die äußeren Planeten Gasriesen mit ihren eigenen ähnlichen Dichten sind. Aber nicht alle Sonnensysteme sind wie unsere.
Die Kepler-Mission entdeckte während ihrer neunjährigen Tätigkeit eine Vielzahl von Exoplaneten. Dank dieser Mission kennen wir jetzt allein 2.000 bestätigte Exoplaneten mit weniger als drei Erdradien. Und obwohl diese 2.000 Planeten einen ziemlich engen Größenbereich haben, können ihre Dichten stark variieren.
Das neue Papier wurde in Nature Astronomy von den Astronomen Aldo S. Bonomo und Mario Damasso vom Istituto Nazionale Di Astrofisica (INAF) sowie vom Center for Astrophysics | veröffentlicht Der Astrophysiker Li Zeng von Harvard & Smithsonian (CfA). Ein großes Team von Kollegen, die zu zahlreich waren, um sie aufzulisten, war ebenfalls an der Studie beteiligt.
Einige der 2.000 zuvor erwähnten Exoplaneten haben eine geringere Dichte als der Gasriese Neptun, der aus flüchtigen Stoffen geringer Dichte besteht, während andere eine höhere Dichte haben als die Erde, die hauptsächlich aus Gestein (etwa 32% Eisen) besteht. Eine neue Studie untersuchte Exoplaneten in Das Kepler-107-System versucht zu verstehen, wie Planeten im selben System und mit ähnlichen Größen einen so großen Dichtebereich haben können.
Das Team konzentrierte sich auf das Kepler-107-System, da es vier Planeten in Sub-Neptun-Größe enthält: Kepler-107b, c, d und e. Die beiden innersten Planeten 107b und 107c haben nahezu identische Radien von 1,5 und 1,6 Erdradien, aber 107c ist mehr als doppelt so dicht wie 107b. Wie können diese Zwillinge, die Teil eines sehr kompakten Planetensystems sind, so unterschiedliche Zusammensetzungen haben?
"Dies ist eines von vielen interessanten Exoplaneten-Systemen, die das Kepler-Weltraumteleskop entdeckt und charakterisiert hat."
Li Zeng, Institut für Erd- und Planetenwissenschaften, Harvard University.
Die kurze Antwort lautet entweder, dass sie sich unter sehr unterschiedlichen Bedingungen gebildet haben oder dass nach der Bildung etwas Dramatisches passiert ist, um ihre Dichte so drastisch zu verändern.
Vor Kepler hatten Astronomen nur unser eigenes Sonnensystem. Und in unserem System scheinen sich Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun im äußeren Bereich der protoplanetaren Scheibe aus kaltem Eis und Gasen gebildet zu haben, die den größten Teil des Materials im äußeren Sonnensystem ausmachten. Im inneren Bereich des jungen Sonnensystems bildeten sich die felsigen Planeten aus Materialien wie Silikaten und Eisen, die die Sonnenstrahlung überlebten.
Die Kepler-Mission hat uns jedoch gezeigt, dass das, was wir als Norm betrachten, nämlich unser eigenes Sonnensystem, nur ein Weg ist, den Sonnensysteme einschlagen können. Kepler entdeckte zahlreiche sogenannte „Hot Jupiters“, große, gasförmige Welten, die sehr nahe an ihren eigenen Sternen kreisen. Diese massiven Gasriesen hätten sich nicht so nahe an ihren Sternen bilden können, weil die Gase, aus denen sie sich gebildet haben, nicht so nahe an ihrem Stern überlebt hätten. Sie müssen sich weiter entfernt gebildet haben und dann eingewandert sein.
Es gibt Hinweise darauf, dass sich Jupiter in den äußeren Bereichen unseres Sonnensystems gebildet hat und dann näher an die Sonne gewandert ist, bevor er seinen Weg zu seiner aktuellen Umlaufbahn gefunden hat. Aber soweit wir wissen, sind die inneren felsigen Planeten nicht gewandert: Sie haben sich im inneren Sonnensystem gebildet und sind hier geblieben.
Das Kepler 107-System zeigt uns auch, dass sich Sonnensysteme anders bilden können als unsere eigenen und dass eine katastrophale Kollision zwischen zwei Welten ihre Dichte verändern kann.
Kepler 107b und 107c haben Radien von 1,53 und 1,59 Erdradien, Umlaufzeiten von 3,18 und 4,9 Tagen, aber Dichten von 5,3 bzw. 12,65 Gramm pro Kubikzentimeter. Was kann für die enorme Dichteunterschiede verantwortlich sein? Wenn die Sonnenstrahlung durch das Abkochen flüchtiger Stoffe verantwortlich wäre, wären dann nicht beide Planeten dieser ausgesetzt? Auch der äußere Planet hat die größere Dichte, nicht der innere.
Das Team der Astronomen argumentiert, dass es sich um eine katastrophale Kollision handelte, die für die unterschiedlichen Dichten verantwortlich ist.
Was sie denken, ist, dass Kepler 107c, der äußere und dichtere Planet, eine katastrophale Kollision erlitt, die seinen Silikatmantel abstreifte und nur den Eisenkern zurückließ.
"Dies ist eines von vielen interessanten Exoplaneten-Systemen, die das Kepler-Weltraumteleskop entdeckt und charakterisiert hat", sagte Li Zeng von Harvard. „Diese Entdeckung hat frühere theoretische Arbeiten bestätigt, die darauf hindeuten, dass der riesige Einfluss zwischen Planeten während der Planetenbildung eine Rolle gespielt hat. Es wird erwartet, dass die TESS-Mission mehr solcher Beispiele findet. “
Planetenkollisionen sind keine neue Idee. Es gibt Hinweise darauf, dass der Mond der Erde infolge einer katastrophalen Kollision zwischen der Erde und einem anderen Körper namens Theia entstanden ist. Diese neue Forschung legt nahe, dass sie viel häufiger als gedacht sind.
Wenn in Planetensystemen häufig katastrophale Störungen auftreten, sagen Astronomen voraus, dass viele andere Beispiele wie Kepler-107 gefunden werden, da eine zunehmende Anzahl von Exoplanetendichten genauer bestimmt wird.
Quellen:
- Forschungsbericht: Ein riesiger Einfluss als wahrscheinlicher Ursprung verschiedener Zwillinge im Kepler-107-Exoplaneten-System
- Pressemitteilung: Kollidierende Exoplaneten
- Wikipedia: Kepler-107
- Cal-Tech: Heiße Jupiter
- Wikipedia: Heißer Jupiter
