Sinds het midden van de jaren negentig is toen de eerste planeet rond een andere zonachtige ster werd ontdekt, astronomen hebben een grote verzameling exoplaneten verzameld - bijna 3, 500 zijn tot nu toe bevestigd. In een nieuwe door Caltech geleide studie, onderzoekers hebben deze planeten op vrijwel dezelfde manier geclassificeerd als biologen nieuwe diersoorten identificeren en hebben geleerd dat de meeste exoplaneten die tot nu toe zijn gevonden, in twee verschillende groottegroepen vallen:rotsachtige aardachtige planeten en grotere mini-Neptunus. Het team gebruikte gegevens van NASA's Kepler-missie en het W.M. Keck Observatory.

"Dit is een belangrijke nieuwe indeling in de stamboom van planeten, analoog aan de ontdekking dat zoogdieren en hagedissen verschillende takken zijn aan de levensboom, " zegt Andrew Howard, hoogleraar astronomie aan Caltech en hoofdonderzoeker van het nieuwe onderzoek. De hoofdauteur van de nieuwe studie, gepubliceerd worden in Het astronomische tijdschrift , is Benjamin J. (B.J.) Fulton, een afgestudeerde student in de groep van Howard die zijn tijd verdeelt tussen Caltech en het Institute of Astronomy aan de Universiteit van Hawaï.

In essentie, uit hun onderzoek blijkt dat ons sterrenstelsel een sterke voorkeur heeft voor twee soorten planeten:rotsplaneten tot 1,75 keer de grootte van de aarde, en met gas omhulde mini-Neptunus-werelden, die 2 tot 3,5 keer zo groot zijn als de aarde (of iets kleiner dan Neptunus). Onze melkweg maakt zelden planeten met afmetingen tussen deze twee groepen.

"Astronomen stoppen dingen graag in emmers, "zegt Fulton. "In dit geval, we hebben twee zeer verschillende bakken gevonden voor de meerderheid van de Kepler-planeten."

Sinds de lancering van de Kepler-missie in 2009 het heeft meer dan 2 geïdentificeerd en bevestigd, 300 exoplaneten. Kepler is gespecialiseerd in het vinden van planeten dicht bij hun sterren, dus de meeste van deze planeten draaien nauwer dan Mercurius, die om de zon cirkelt op ongeveer een derde van de afstand aarde-zon. De meeste van deze planeten in de buurt bleken ongeveer zo groot te zijn als de aarde en Neptunus, wat ongeveer 4 keer zo groot is als de aarde. Maar, tot nu, de planeten bleken verschillende maten te hebben die dit bereik overspannen en het was niet bekend dat ze in twee groottegroepen vielen.

"In het zonnestelsel, er zijn geen planeten met afmetingen tussen de aarde en Neptunus, " zegt Erik Petigura, co-auteur van de studie en een Hubble Postdoctoral Fellow bij Caltech. "Een van de grote verrassingen van Kepler is dat bijna elke ster minstens één planeet heeft die groter is dan de aarde, maar kleiner dan Neptunus. We zouden heel graag willen weten hoe deze mysterieuze planeten eruit zien en waarom we ze niet in onze eigen zonnestelsel."

Kepler vindt planeten door te zoeken naar veelbetekenende dips in sterlicht als ze voor hun sterren passeren. De grootte van de dip is gecorreleerd met de grootte van de planeet. Maar om de afmetingen van de planeten precies te weten, de maten van de sterren moeten worden gemeten.

Het Caltech-team - samen met collega's van verschillende instellingen, waaronder UC Berkeley, de Universiteit van Hawaï, Harvard universiteit, Princeton Universiteit, en de Universiteit van Montreal - hebben de afmetingen van de Kepler-planeten van naderbij bekeken met behulp van het Keck-observatorium. Ze hebben jarenlang spectrale gegevens verzameld over de sterren die 2 hosten, 000 Kepler-planeten. Met de spectrale gegevens konden ze nauwkeurige metingen van de grootte van de Kepler-sterren verkrijgen; deze metingen, beurtelings, stelde de onderzoekers in staat om preciezere afmetingen te bepalen voor de planeten die rond die sterren draaien.

"Voordat, het sorteren van de planeten op grootte was als proberen zandkorrels te sorteren met je blote oog, "zegt Fulton. "Het verkrijgen van de spectra van Keck is als naar buiten gaan en een vergrootglas pakken. We konden details zien die we eerder niet konden zien."

Met de nieuwe gegevens van Keck, de onderzoekers konden de maten van de 2 meten, 000 planeten met 4 keer meer precisie dan wat eerder was bereikt. Toen ze de verdeling van planeetgroottes onderzochten, ze vonden een verrassing:een opvallende kloof tussen de groepen rotsachtige aardes en mini-Neptunes. Hoewel een paar planeten in de opening vallen, de meerderheid niet.

De oorzaak van de kloof is niet duidelijk, maar de wetenschappers hebben twee mogelijke verklaringen bedacht. De eerste is gebaseerd op het idee dat de natuur graag veel planeten maakt die ongeveer zo groot zijn als de aarde. Sommige van die planeten, om redenen die niet volledig worden begrepen, uiteindelijk genoeg gas krijgen om "over het gat te springen" en gasvormige mini-Neptunus te worden.

"Met een klein beetje waterstof en heliumgas kom je heel ver. Dus, als een planeet slechts 1 procent waterstof en helium in massa verwerft, dat is genoeg om de kloof te overbruggen, " zegt Howard. "Deze planeten zijn als rotsen met grote gasballonnen eromheen. De waterstof en helium in de ballon dragen niet echt bij aan de massa van het systeem als geheel, maar het draagt ​​enorm bij aan het volume, waardoor de planeten een stuk groter worden."

De tweede mogelijke reden dat planeten niet in de opening landen, heeft te maken met planeten die gas verliezen. Als een planeet toevallig maar een klein beetje gas krijgt - de juiste hoeveelheid om het in de opening te plaatsen - kan dat gas worden verbrand wanneer het wordt blootgesteld aan straling van de gastster.

"Een planeet zou geluk moeten hebben om in de kloof te landen, en als dat dan wel het geval was, het zou daar waarschijnlijk niet blijven, ", zegt Howard. "Het is onwaarschijnlijk dat een planeet precies de juiste hoeveelheid gas heeft om in de opening te landen. En van die planeten die wel genoeg gas hebben, kan hun dunne atmosfeer worden weggeblazen. Beide scenario's verkleinen waarschijnlijk de kloof in planeetafmetingen die we waarnemen."

In de toekomst, de onderzoekers zijn van plan het gehalte aan zware elementen van deze planeten te bestuderen om meer te weten te komen over hun samenstelling. "We leven in een gouden tijdperk van planetaire astronomie omdat we duizenden planeten rond andere sterren vinden, " zegt Petigura. "We zijn momenteel bezig om te begrijpen waar deze mini-Neptunes van gemaakt zijn, wat zou moeten helpen verklaren waarom deze planeten zich zo gemakkelijk rond andere sterren vormen en waarom ze zich niet rond de zon hebben gevormd."

De studie, getiteld "The California-Kepler Survey. III. Een gat in de verspreidingsstraal van kleine planeten, " werd gefinancierd door NASA en de National Science Foundation.