Hvordan kan to planeter, der er så ens på nogle måder, have så forskellige densiteter? Ifølge en ny undersøgelse kan en katastrofal kollision være skylden.
I vores solsystem er alle de indre planeter små stenede verdener med lignende densiteter, mens de ydre planeter er gasgiganter med deres egen lignende densitet. Men ikke alle solsystemer er som vores.
Kepler-missionen opdagede en lang række eksoplaneter i løbet af dens ni års drift. Takket være denne mission kender vi nu kun 2.000 bekræftede exoplaneter, der har mindre end tre jordradier. Og selvom disse 2.000 planeter har et relativt stramt udvalg af størrelser, kan dens densitet variere meget.
Den nye artikel blev udgivet i Nature Astronomy af astronomer Aldo S. Bonomo og Mario Damasso fra Istituto Nazionale Di Astrofisica (INAF) og af Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA) astrofysiker Li Zeng. Et stort team af kolleger, der var for mange til at liste, var også involveret i undersøgelsen.
Nogle af de 2.000 tidligere nævnte exoplaneter har densiteter, der er lavere end gasgiganten Neptune, som består af flygtige lavdensiteter, mens nogle har densiteter, der er højere end Jorden, og som for det meste består af sten (ca. 32% jern.) En ny undersøgelse undersøgte eksoplaneter i Kepler-107-systemet for at prøve at forstå, hvordan planeter i det samme system og med lignende størrelser kan have en så bred vifte af densiteter.
Holdet fokuserede på Kepler-107-systemet, fordi det indeholder fire planeter i under-Neptun-størrelse: Kepler-107b, c, d og e. De to inderste planeter, 107b og 107c, har næsten identiske radier på 1,5 og 1,6 jordradier, men 107c er mere end dobbelt så tæt som 107b. Hvordan kan disse tvillinger, der er en del af et meget kompakt planetsystem, have så forskellige sammensætninger?
"Dette er et ud af mange interessante exoplanetsystemer, som Kepler-rumteleskopet har opdaget og karakteriseret."
Li Zeng, Institut for Jord- og planetariske videnskaber, Harvard University.
Det korte svar er enten at de dannede sig under meget forskellige forhold, eller at der skete noget dramatisk efter dannelse for at ændre deres densitet så drastisk.
Før Kepler havde astronomer kun vores eget solsystem at gå forbi. Og i vores system ser det ud til, at Jupiter, Saturn, Uranus og Neptune dannede sig i den ydre række af den protoplanetære disk fra kolde is og gasser, der udgjorde hovedparten af materialet i det ydre solsystem. I den indre rækkevidde af det unge solsystem, dannede de stenede planeter ud af materialer, der overlevede solens stråling, som silikater og jern.
Men Kepler-missionen viste os, at hvad vi tænker på som normen, nemlig vores eget solsystem, kun er en sti, som solsystemer kan gå. Kepler opdagede adskillige såkaldte “Hot Jupiters”, store, gasformige verdener, der kredser meget tæt på deres egne stjerner. Disse massive gasgiganter kunne ikke have dannet sig så tæt på deres stjerner, fordi de gasser, de dannede ud fra, ikke ville have overlevet i så tæt på deres stjerne. De må have dannet sig længere væk og migreret ind.
Der er bevis for, at Jupiter dannede sig i det ydre rækkevidde af vores solsystem og derefter vandrede tættere på Solen, før han fandt vej til sin nuværende bane. Men så vidt vi ved vandrede de indre klippeplanter ikke: de dannede sig i det indre solsystem og forblev her.
Kepler 107-systemet viser os også, at solsystemer kan danne sig anderledes end vores egne, og at en katastrofal kollision mellem to verdener kan ændre deres densitet.
Kepler 107b og 107c har radier på 1,53 og 1,59 Jordradier, orbitalperioder på 3,18 og 4,9 dage, men densiteter på henholdsvis 5,3 og 12,65 gram pr. Kubikcentimeter. Hvad kan forklare den enorme forskel i densiteter? Hvis solstråling var ansvarlig ved kogning af flygtige stoffer, ville da da ikke begge planeter været udsat for den? Den ydre planet har også den større tæthed, ikke den indre.
Holdet med astronomer hævder, at det var en katastrofal kollision, der er ansvarlig for de forskellige densiteter.
Hvad de tror, der skete, er, at Kepler 107c, den ydre og mere tætte planet, led af en katastrofal kollision, der fjernede dens silikatmantel og kun efterlod jernkernen.
”Dette er et ud af mange interessante exoplanet-systemer, som Kepler-rumteleskopet har opdaget og karakteriseret,” sagde Li Zeng fra Harvard. ”Denne opdagelse har bekræftet tidligere teoretisk arbejde, der antyder, at gigantisk påvirkning mellem planeterne har spillet en rolle under planetdannelsen. TESS-missionen forventes at finde flere af sådanne eksempler. ”
Planetkollisioner er ikke en ny idé. Bevis viser, at Jordens måne blev skabt som et resultat af en katastrofal kollision mellem Jorden og et andet legeme kaldet Theia. Denne nye forskning antyder, at de måske er meget mere almindelige end troet.
Hvis katastrofale forstyrrelser ofte forekommer i planetariske systemer, forudsiger astronomer at finde mange andre eksempler som Kepler-107, da et stigende antal exoplanetdensiteter bestemmes mere præcist.
Kilder:
- Forskningsdokument: En gigantisk påvirkning som den sandsynlige oprindelse for forskellige tvillinger i Kepler-107-exoplanetsystemet
- Pressemeddelelse: Kolliderende exoplaneter
- Wikipedia: Kepler-107
- Cal-Tech: Hot Jupiters
- Wikipedia: Hot Jupiter
