UZH-onderzoekers hebben de samenstelling en structuur van verre exoplaneten geanalyseerd met behulp van statistische hulpmiddelen. Hun analyse geeft aan of een planeet op de aarde lijkt, gemaakt van puur gesteente, of een waterwereld. Hoe groter de planeet, hoe meer waterstof en helium het omringen.

Is er een tweede aarde in de ruimte? De kennis van planetaire systemen buiten het zonnestelsel neemt toe naarmate nieuwe technologieën het zicht op verre objecten verscherpen. Daten, 3, Er zijn al 700 planeten buiten het zonnestelsel ontdekt. De planetaire massa's en stralen van deze exoplaneten kunnen worden gebruikt om hun gemiddelde dichtheid af te leiden, maar niet hun exacte chemische samenstelling en structuur. De intrigerende vraag hoe deze planeten eruit zouden kunnen zien, staat dus nog open.

"Theoretisch, we kunnen verschillende composities aannemen, zoals een wereld van zuiver water, een wereld van pure rock, en planeten met een waterstof-heliumatmosfeer en schatten de verwachte stralen, " zegt Michael Lozovsky, een promovendus in de groep van Prof. Ravit Helled aan het Institute for Computational Science aan de Universiteit van Zürich.

Lozovsky en medewerkers hebben databases en statistische hulpmiddelen gebruikt om exoplaneten en hun atmosferen te karakteriseren. Exoplaneten komen vrij veel voor en zijn omgeven door een vluchtige laag waterstof en helium. Echter, de direct gemeten gegevens lieten de onderzoekers voorheen niet toe om de exacte structuur te bepalen, aangezien verschillende samenstellingen tot dezelfde massa en straal kunnen leiden. Naast de nauwkeurigheid van de gegevens met betrekking tot massa en straal, het onderzoeksteam onderzocht ook de veronderstelde interne structuur, temperatuur en gereflecteerde straling in 83 van de 3, 700 bekende planeten waarvan de massa's en stralen goed zijn bepaald.

"We gebruikten een statistische analyse om limieten te stellen aan mogelijke samenstellingen. Met behulp van een database met gedetecteerde exoplaneten, ontdekten we dat elke theoretische planetaire structuur een 'drempelstraal heeft, ' een planetaire straal waarboven geen planeten van deze samenstelling bestaan, " legt Michael Lozovsky uit. De hoeveelheid elementen in de gaslaag die zwaarder zijn dan helium, het percentage waterstof en helium, evenals de verdeling van elementen in de atmosfeer zijn belangrijke factoren bij het bepalen van de drempelstraal.

Superaarde en mini-Neptunus

De onderzoekers ontdekten dat planeten met een straal tot 1,4 keer die van de aarde (6, 371 kilometer) kan aardachtig zijn, d.w.z., een samenstelling hebben die lijkt op de aarde. Planeten met stralen boven deze drempel hebben een hoger aandeel silicaten of andere lichte materialen. De meeste planeten met een straal van meer dan 1,6 straal van de aarde moeten naast hun rotsachtige kern een laag waterstof-heliumgas of water hebben, terwijl die groter dan 2,6 aardstralen geen waterwerelden kunnen zijn en daarom door een atmosfeer omgeven kunnen zijn. Planeten met stralen groter dan vier aardstralen zijn naar verwachting zeer gasvormig en bestaan ​​uit ten minste 10 procent waterstof en helium, vergelijkbaar met Uranus en Neptunus.

De bevindingen van het onderzoek geven nieuwe inzichten in de ontwikkeling en diversiteit van deze planeten. Een bijzonder interessante drempel betreft het verschil tussen grote terrestrische planeten - ook wel bekend als superaarde - en kleine, gasvormige planeten, ook wel mini-Neptunes genoemd. Volgens de onderzoekers is deze drempel ligt in een straal van driemaal die van de aarde. Onder deze drempel het is daarom mogelijk om aardachtige planeten te vinden in de enorme uitgestrektheid van de melkweg.