In de astronomie is al lang aangenomen dat er een compositorisch verband bestaat tussen planeten en hun respectievelijke gastster. Voor het eerst nu, een team van wetenschappers levert empirisch bewijs om de veronderstelling te ondersteunen - en spreekt het tegelijkertijd gedeeltelijk tegen.

Sterren en planeten worden gevormd uit hetzelfde kosmische gas en stof. In de loop van het vormingsproces een deel van het materiaal condenseert en vormt rotsplaneten, de rest wordt ofwel opgehoopt door de ster of wordt onderdeel van gasvormige planeten. De veronderstelling van een verband tussen de samenstelling van sterren en hun planeten is daarom redelijk en wordt bevestigd, bijvoorbeeld, in het zonnestelsel door de meeste rotsachtige planeten (Mercurius is de uitzondering). Hoe dan ook, veronderstellingen, vooral in de astrofysica, blijken niet altijd waar te zijn. Een studie geleid door het Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA) in Portugal, waarbij ook onderzoekers van de NCCR PlanetS van de Universiteit van Bern en de Universiteit van Zürich betrokken zijn, vandaag gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschap , levert het eerste empirische bewijs voor deze veronderstelling - en spreekt het tegelijkertijd gedeeltelijk tegen.

Gecondenseerde ster versus rotsachtige planeet

Om te bepalen of de samenstellingen van sterren en hun planeten gerelateerd zijn, het team vergeleek zeer nauwkeurige metingen van beide. Voor de sterren, hun uitgestraalde licht werd gemeten, die de karakteristieke spectroscopische vingerafdruk van hun samenstelling draagt. De samenstelling van de rotsplaneten werd indirect bepaald:hun dichtheid en samenstelling werden afgeleid van hun gemeten massa en straal. Pas recentelijk zijn er genoeg planeten zo nauwkeurig gemeten dat dit soort zinvolle onderzoeken mogelijk zijn.

"Maar aangezien sterren en rotsplaneten heel verschillend van aard zijn, de vergelijking van hun samenstelling is niet eenvoudig, " zoals Christoph Mordasini, co-auteur van de studie, docent astrofysica aan de universiteit van Bern en lid van de NCCR PlanetS begint uit te leggen. "In plaats daarvan, vergeleken we de samenstelling van de planeten met een theoretische, afgekoelde versie van hun ster. Hoewel het meeste materiaal van de ster - voornamelijk waterstof en helium - als gas achterblijft wanneer het afkoelt, een kleine fractie condenseert, bestaande uit gesteentevormend materiaal zoals ijzer en silicaat, " legt Christoph Mordasini uit.

Aan de Universiteit van Bern, het "Bern Model of Planet Formation and Evolution" is sinds 2003 continu ontwikkeld (zie infobox). Christoph Mordasini zegt dat "inzichten in de vele processen die betrokken zijn bij de vorming en evolutie van planeten zijn geïntegreerd in het model." Met dit Bern-model konden de onderzoekers de samenstelling van dit rotsvormende materiaal van de afgekoelde ster berekenen. "We vergeleken dat toen met de rotsachtige planeten, ' zegt Christoph Mordasini.

Indicaties van de bewoonbaarheid van planeten

"Onze resultaten laten zien dat onze aannames met betrekking tot de samenstelling van sterren en planeten niet fundamenteel verkeerd waren:de samenstelling van rotsachtige planeten is inderdaad nauw verbonden met de samenstelling van hun gastheerster. de relatie is niet zo eenvoudig als we hadden verwacht, " hoofdauteur van de studie en onderzoeker bij de IA, Vardan Adibekyan, zegt. Wat de wetenschappers verwachtten, was dat de overvloed aan deze elementen van de ster de mogelijke bovengrens bepaalt. "Maar voor sommige planeten, de hoeveelheid ijzer op de planeet is zelfs hoger dan in de ster", zoals Caroline Dorn, die co-auteur was van de studie en lid is van de NCCR PlanetS en Ambizione Fellow aan de Universiteit van Zürich, verklaart. "Dit kan te wijten zijn aan gigantische inslagen op deze planeten die een deel van de buitenste, lichtere materialen, terwijl de dichte ijzeren kern blijft, " aldus de onderzoeker. De resultaten zouden de wetenschappers dus aanwijzingen kunnen geven over de geschiedenis van de planeten.

"De resultaten van deze studie zijn ook erg nuttig om planetaire composities te beperken die worden verondersteld op basis van de berekende dichtheid van massa- en straalmetingen, Christoph Mordasini legt uit. "Omdat meer dan één compositie in een bepaalde dichtheid kan passen, de resultaten van onze studie vertellen ons dat we potentiële composities kunnen beperken, gebaseerd op de samenstelling van de gastster, " zegt Mordasini. En aangezien de exacte samenstelling van een planeet invloed heeft, bijvoorbeeld, hoeveel radioactief materiaal het bevat of hoe sterk het magnetische veld is, het kan bepalen of de planeet levensvriendelijk is of niet.

"Bern Model van planeetvorming en evolutie"

Er kunnen uitspraken worden gedaan over hoe een planeet is gevormd en hoe deze is geëvolueerd met behulp van het 'Bern-model van planeetvorming en -evolutie'. Het Bern-model is sinds 2003 continu ontwikkeld aan de Universiteit van Bern. Inzichten in de vele processen die betrokken zijn bij de vorming en evolutie van planeten zijn in het model geïntegreerd. Dit zijn, bijvoorbeeld, submodellen van accretie (groei van de kern van een planeet) of van hoe planeten zwaartekracht op elkaar inwerken en elkaar beïnvloeden, en van processen in de protoplanetaire schijven waarin planeten worden gevormd. Het model wordt ook gebruikt om zogenaamde populatiesyntheses te maken, die laten zien welke planeten zich onder bepaalde omstandigheden hoe vaak in een protoplanetaire schijf ontwikkelen.