Onderzoekers van de universiteiten van Zürich en Cambridge hebben een nieuwe, exotische klasse van planeten buiten ons zonnestelsel. Deze zogenaamde superaarden werden gevormd bij hoge temperaturen in de buurt van hun moederster en bevatten grote hoeveelheden calcium, aluminium en hun oxiden, inclusief saffier en robijn.

Eenentwintig lichtjaar verwijderd van de aarde in het sterrenbeeld Cassiopeia, een planeet draait om zijn ster met een omlooptijd van slechts drie dagen. De naam is HD219134 b. Het is een zogenaamde "super-aarde, " met een massa van bijna vijf keer die van de aarde. In tegenstelling tot de aarde, het heeft hoogstwaarschijnlijk geen massieve ijzeren kern, maar is rijk aan calcium en aluminium.

"Misschien glinstert het rood tot blauw als robijnen en saffieren, omdat deze edelstenen aluminiumoxiden zijn die veel voorkomen op de exoplaneet, " zegt Caroline Dorn, astrofysicus aan het Instituut voor Computational Science van de Universiteit van Zürich. HD219134 b is een van de drie kandidaten die waarschijnlijk tot een nieuwe, exotische klasse van exoplaneten, zoals Caroline Dorn en haar collega's van de universiteiten van Zürich en Cambridge nu in het Britse tijdschrift rapporteren MNRAS .

De onderzoekers bestuderen de vorming van planeten met behulp van theoretische modellen en vergelijken hun resultaten met gegevens uit waarnemingen. Het is bekend dat tijdens hun vorming, sterren zoals de zon werden omringd door een schijf van gas en stof waarin planeten werden geboren. Rotsachtige planeten zoals de aarde werden gevormd uit de vaste lichamen die overbleven toen de protoplanetaire gasschijf zich verspreidde. Deze bouwstenen condenseerden uit het nevelgas toen de schijf afkoelde. "Normaal gesproken, deze bouwstenen worden gevormd in gebieden waar rotsvormende elementen zoals ijzer, magnesium en silicium zijn gecondenseerd, ", legt Dorn uit, die verbonden is aan de NCCR PlanetS. De resulterende planeten hebben een aardachtige samenstelling met een ijzeren kern. De meeste van de tot nu toe bekende superaardes zijn in dergelijke gebieden gevormd.

De samenstelling van superaardes is diverser dan verwacht

Maar er zijn ook gebieden dicht bij de ster waar het veel heter is. "Daar, veel elementen bevinden zich nog in de gasfase, en de planetaire bouwstenen hebben een heel andere samenstelling, ’ zegt de astrofysicus.

Met hun modellen het onderzoeksteam berekende hoe een planeet die in zo'n heet gebied wordt gevormd eruit zou moeten zien. Hun resultaat:Calcium en aluminium zijn de hoofdbestanddelen naast magnesium en silicium, en er is nauwelijks ijzer. "Dit is de reden waarom zulke planeten niet kunnen, bijvoorbeeld, een magnetisch veld hebben zoals de aarde, " zegt Dorn. En omdat de innerlijke structuur zo anders is, hun koelgedrag en atmosferen zullen ook verschillen van die van normale superaarde. Het team spreekt dan ook van een nieuwe, exotische klasse van superaarde gevormd uit condensaten bij hoge temperatuur.

"Wat opwindend is, is dat deze objecten totaal anders zijn dan de meeste aardachtige planeten, " zegt Dorien, "Als ze echt bestaan." De kans is groot, zoals de astrofysici in hun paper uitleggen. "In onze berekeningen we ontdekten dat deze planeten 10 tot 20 procent lagere dichtheden hebben dan de aarde."

Andere exoplaneten met vergelijkbare lage dichtheden werden ook door het team geanalyseerd. "We hebben naar verschillende scenario's gekeken om de waargenomen dichtheden te verklaren, " zegt Dorn. Bijvoorbeeld, een dikke atmosfeer kan leiden tot een lagere algehele dichtheid. Maar twee van de onderzochte exoplaneten, 55 Cancri e en WASP-47 e, cirkelen zo dicht om hun ster dat hun oppervlaktetemperatuur bijna 3000 graden is en ze zouden deze gasomhulling al lang geleden zijn kwijtgeraakt.

"Op HD219134 b, het is minder warm, en de situatie is ingewikkelder, " legt Dorn uit. Op het eerste gezicht, de lagere dichtheid kan ook worden verklaard door diepe oceanen. Maar een tweede planeet die iets verder weg rond de ster draait, maakt dit scenario onwaarschijnlijk. Een vergelijking van de twee objecten toonde aan dat de binnenste planeet niet meer water of gas kan bevatten dan de buitenste. Het is nog onduidelijk of magma-oceanen kunnen bijdragen aan de lagere dichtheid.

"Dus we hebben drie kandidaten gevonden die behoren tot een nieuwe klasse van superaardes met deze exotische compositie, " zegt Dorn. De onderzoekers corrigeren ook een eerder beeld van superaarde 55 Cancri e, die in 2012 de krantenkoppen had gehaald als de 'diamant in de lucht'. Onderzoekers hadden eerder aangenomen dat de planeet grotendeels uit koolstof bestond, maar moest deze theorie verlaten op basis van latere observaties. "We veranderen de veronderstelde diamantplaneet in een saffierplaneet, " lacht Dorien.