Wat maakt een rotsachtige planeet aardeachtig? Astronomen en geowetenschappers hebben hun krachten gebundeld met behulp van gegevens van de Sloan Digital Sky Survey (SDSS) om de mix van elementen in gaststerren van exoplaneten te bestuderen, en te bedenken wat dit onthult over hun planeten.

In de resultaten die vandaag zijn gepresenteerd op de bijeenkomst van de American Astronomical Society (AAS) in Grapevine, Texas, astronoom Johanna Teske legde uit, "Onze studie combineert nieuwe waarnemingen van sterren met nieuwe modellen van planetaire interieurs. We willen de diversiteit van kleine, samenstelling en structuur van rotsachtige exoplaneten - hoe waarschijnlijk is het dat ze platentektoniek of magnetische velden hebben?"

Er zijn planeten ter grootte van de aarde gevonden rond veel sterren, maar ter grootte van de aarde betekent niet noodzakelijkerwijs aardachtig. Sommige van deze planeten ter grootte van de aarde zijn gevonden in een baan rond sterren met een chemische samenstelling die heel anders is dan die van onze zon, en die verschillen in chemie kunnen belangrijke gevolgen hebben.

Astronomen in de Sloan Digital Sky Survey hebben deze waarnemingen gedaan met behulp van de APOGEE-spectrograaf (Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment) op de 2,5 meter lange Sloan Foundation Telescope bij Apache Point Observatory in New Mexico. Dit instrument verzamelt licht in het nabij-infrarode deel van het elektromagnetische spectrum en verspreidt het, als een prisma, om handtekeningen van verschillende elementen in de atmosfeer van sterren te onthullen. Een fractie van de bijna 200, 000 sterren onderzocht door APOGEE overlappen met de steekproef van sterren waarop de NASA Kepler-missie is gericht, die werd ontworpen om potentieel aardachtige planeten te vinden. Het werk dat vandaag wordt gepresenteerd, concentreert zich op negentig Kepler-sterren die bewijzen tonen dat ze rotsachtige planeten bevatten, en die ook door APOGEE zijn onderzocht.

Vooral, Teske en collega's presenteerden zonnestelsels rond de sterren Kepler 102 en Kepler 407. Kepler 102 is iets minder lichtgevend dan de zon en heeft vijf bekende planeten; Kepler 407 is een ster die qua massa bijna identiek is aan de zon en die ten minste twee planeten herbergt, een met een massa van minder dan 3 aardmassa's.

"In het bijzonder kijkend naar deze twee exoplaneetsystemen, "Teske legt uit, "we hebben vastgesteld dat Kepler 102 is als de zon, maar Kepler 407 heeft veel meer silicium."

Om te begrijpen wat veel meer silicium kan betekenen voor de planeten rond Kepler 407, astronomen wendden zich tot geofysici voor hulp. Cayman Unterborn van de Arizona State University maakte computermodellen van planeetvorming. "We hebben de door APOGEE gevonden stercomposities genomen en in onze modellen gemodelleerd hoe de elementen tot planeten condenseerden. We ontdekten dat de planeet rond Kepler 407, die we 'Janet' noemden, " zou waarschijnlijk rijk zijn aan het mineraal granaat. De planeet rond Kepler 102, die we 'Olive, ' is waarschijnlijk rijk aan olivijn, zoals de aarde."

Dat schijnbaar kleine verschil in mineralen kan grote gevolgen hebben voor Janet en Olive. Granaat is een stijver mineraal dan olivijn, dus het stroomt langzamer. Unterborn legt uit dat dit betekent dat een granaatplaneet als Janet veel minder kans heeft op langdurige platentektoniek. "Om platentektoniek in stand te houden over geologische tijdschalen, een planeet moet de juiste minerale samenstelling hebben, ' zegt Ongeboren.

Platentektoniek wordt verondersteld essentieel te zijn voor het leven op aarde, vanwege de manier waarop vulkanen en oceaanruggen elementen recyclen tussen de aardkorst en de mantel. Deze recycling regelt de samenstelling van onze atmosfeer. Wendy Panero van de School of Earth Sciences aan de Ohio State University zegt dat "zonder deze geologische processen, leven heeft misschien niet de kans gehad om op aarde te evolueren." Door de waarschijnlijkheid van dergelijke geologische processen op andere planeten te bepalen, kan worden bepaald welke de beste doelen zijn voor toekomstige missies op zoek naar tekenen van leven. "Als we op zoek zijn naar een naald , "Panero zegt, "waarom niet in de naaidoos beginnen?"

De volgende stap in het onderzoek van het team is om deze studie uit te breiden naar alle sterren die door APOGEE zijn waargenomen en die kleine planeten herbergen. Die uitbreiding zou astronomen in staat stellen een breder scala aan planeetsamenstellingen en structuren in kaart te brengen om die te vinden die het meest waarschijnlijk aardachtig zijn in hun mineraalgehalte. Teske concludeert, "Naarmate we meer over de aarde hebben geleerd, we have learned about how many pieces come together to make it habitable. How often will exoplanets get that lucky?"