Hur kan två planeter som är så lika i vissa avseenden ha så olika tätheter? Enligt en ny studie kan en katastrofisk kollision vara skylden.
I vårt solsystem är alla de inre planeterna små steniga världar med liknande tätheter, medan de yttre planeterna är gasjättar med sina egna liknande densiteter. Men inte alla solsystem är som våra.
Kepler-uppdraget upptäckte ett brett utbud av exoplaneter under sina nio år av drift. Tack vare det uppdraget vet vi nu om 2000 bekräftade exoplaneter som har mindre än tre jordradier. Och även om dessa 2 000 planeter har ett ganska snävt antal storlekar, kan deras täthet variera mycket.
Den nya artikeln publicerades i Nature Astronomy av astronomerna Aldo S. Bonomo och Mario Damasso från Istituto Nazionale Di Astrofisica (INAF) och av Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA) astrofysiker Li Zeng. Ett stort team av kollegor för många för att lista var också involverade i studien.
Några av de 2 000 tidigare nämnda exoplaneterna har en densitet som är lägre än gasjätten Neptune, som består av flyktiga lågdensiteter, medan vissa har en densitet högre än Jorden, som mest består av sten (cirka 32% järn.) En ny studie undersökte exoplaneter i Kepler-107-systemet för att försöka förstå hur planeter i samma system och med liknande storlekar kan ha ett så stort antal tätheter.
Teamet fokuserade på Kepler-107-systemet eftersom det innehåller fyra planeter i under-Neptunstorlek: Kepler-107b, c, d och e. De två innersta planeterna, 107b och 107c, har nästan identiska radier med 1,5 och 1,6 jordradier, men 107c är mer än dubbelt så täta som 107b. Hur kan dessa tvillingar, som ingår i ett mycket kompakt planetsystem, ha så olika kompositioner?
"Detta är ett av många intressanta exoplanetssystem som Kepler rymdteleskop har upptäckt och kännetecknat."
Li Zeng, Institutionen för jord- och planetariska vetenskaper, Harvard University.
Det korta svaret är antingen att de bildades under mycket olika förhållanden, eller att något dramatiskt hände efter bildningen för att förändra deras täthet så drastiskt.
Innan Kepler hade astronomer bara vårt eget solsystem att gå förbi. Och i vårt system verkar det som om Jupiter, Saturn, Uranus och Neptune bildades i de yttersta delarna av den protoplanetära skivan, från kalla is och gaser som utgör huvuddelen av materialet i det yttre solsystemet. I det unga solsystemets inre räckvidd bildades de steniga planeterna av material som överlevde solens strålning, som silikater och järn.
Men Kepler-uppdraget visade oss att det vi anser som normen, nämligen vårt eget solsystem, bara är en väg som solsystemen kan ta. Kepler upptäckte många så kallade "heta jupiter", stora, gasformiga världar som kretsar mycket nära sina egna stjärnor. Dessa massiva gasjättar kunde inte ha bildat så nära sina stjärnor, eftersom gaserna de bildade från skulle inte ha överlevt i så nära närheten till deras stjärna. De måste ha bildats längre bort och sedan flyttat in.
Det finns bevis för att Jupiter bildades i vårt yttre räckvidd i vårt solsystem och sedan vandrade närmare solen innan han hittade vägen till sin nuvarande bana. Men så vitt vi vandrade inte de inre steniga planeterna: de bildades i det inre solsystemet och stannade här.
Kepler 107-systemet visar oss också att solsystem kan bildas annorlunda än våra egna, och att en katastrofal kollision mellan två världar kan förändra deras täthet.
Kepler 107b och 107c har radier på 1,53 respektive 1,59 jordradier, omloppsperioder på 3,18 och 4,9 dagar, men densiteter på 5,3 respektive 12,65 gram per kubikcentimeter. Vad kan stå för den enorma skillnaden i tätheter? Om solstrålningen var ansvarig, genom att koka bort flyktiga ämnen, skulle inte båda planeterna blivit utsatta för den? Dessutom har den yttre planeten större täthet, inte den inre.
Teamet av astronomer hävdar att det var en katastrofisk kollision som är ansvarig för de olika skillnaderna.
Vad de tror hänt är att Kepler 107c, den yttre och tätare planeten, drabbades av en katastrofal kollision som avlägsnade sin silikatmantel och bara lämnade järnkärnan.
"Detta är ett av många intressanta exoplanetssystem som Kepler rymdteleskop har upptäckt och kännetecknat," sade Li Zeng från Harvard. ”Denna upptäckt har bekräftat tidigare teoretiskt arbete som tyder på att jättepåverkan mellan planeterna har spelat en roll under planetbildning. TESS-uppdraget förväntas hitta mer av sådana exempel. ”
Planetkollisioner är inte en ny idé. Bevis visar att jordens måne skapades som ett resultat av en katastrofal kollision mellan Jorden och en annan kropp som heter Theia. Denna nya forskning antyder att de kan vara mycket vanligare än trott.
Om katastrofala störningar uppstår ofta i planetariska system, förutspår astronomer att hitta många andra exempel som Kepler-107, eftersom ett ökande antal exoplanetdensiteter bestäms mer exakt.
Källor:
- Forskningsdokument: En gigantisk påverkan som det troliga ursprunget för olika tvillingar i exoplanetsystemet Kepler-107
- Pressmeddelande: Kolliderande exoplaneter
- Wikipedia: Kepler-107
- Cal-Tech: Hot Jupiters
- Wikipedia: Hot Jupiter
