Een verrassende analyse van de samenstelling van gasreuzen exoplaneten en hun gastheersterren laat zien dat er geen sterke correlatie is tussen hun samenstellingen als het gaat om elementen zwaarder dan waterstof en helium, volgens nieuw werk onder leiding van Carnegie's Johanna Teske en gepubliceerd in de Astronomisch tijdschrift . Deze bevinding heeft belangrijke implicaties voor ons begrip van het planetaire vormingsproces.

In hun jeugd, sterren zijn omgeven door een roterende schijf van gas en stof waaruit planeten worden geboren. Astronomen hebben zich lang afgevraagd in hoeverre de samenstelling van een ster de grondstof bepaalt waaruit planeten zijn opgebouwd - een vraag die gemakkelijker te onderzoeken is nu we weten dat de melkweg wemelt van exoplaneten.

"Het begrijpen van de relatie tussen de chemische samenstelling van een ster en zijn planeten zou licht kunnen werpen op het planetaire vormingsproces, ’ legde Teske uit.

Bijvoorbeeld, eerder onderzoek gaf aan dat het voorkomen van gasreuzenplaneten toeneemt rond sterren met een hogere concentratie aan zware elementen, die andere elementen dan waterstof en helium. Men denkt dat dit bewijs levert voor een van de belangrijkste concurrerende theorieën over hoe planeten ontstaan, die stelt dat gasreuzenplaneten worden opgebouwd uit de langzame aanwas van schijfmateriaal totdat een kern wordt gevormd van ongeveer 10 keer de massa van de aarde. Op dit punt, het vaste planetaire interieur van de baby kan zich omringen met helium en waterstofgas, geboorte van een volwassen reuzenplaneet.

"In eerder werk werd gekeken naar de relatie tussen de aanwezigheid van planeten en hoeveel ijzer er in de moederster bestaat, maar we wilden dat uitbreiden met het gehalte aan zware elementen van de planeten zelf, en om naar meer te kijken dan alleen ijzer, " verklaarde co-auteur Daniel Thorngren, die een groot deel van het werk voltooide als afgestudeerde student aan UC Santa Cruz en nu aan de Université de Montréal werkt.

Teske, Thorngren en hun collega's - Jonathan Fortney van UC Santa Cruz, Natalie Hinkel van het Southwest Research Institute, en John Brewer van de San Francisco State University, vergeleken het bulkgehalte aan zware elementen van 24 koel, gasreuzenplaneten tot de overvloed aan "planeetvormende elementen" koolstof, zuurstof, magnesium, silicium, ijzer, en nikkel in hun 19 gaststerren. (Sommige sterren herbergen meerdere planeten.)

Ze waren verrast toen ze ontdekten dat er geen correlatie was tussen de hoeveelheid zware elementen in deze reuzenplaneten en de hoeveelheid van deze planeetvormende elementen in hun gastheersterren. Dus hoe kunnen astronomen de gevestigde trend verklaren dat sterren die rijk zijn aan zware elementen waarschijnlijker zijn? om gasreuzenplaneten te huisvesten?

"Het ontrafelen van deze discrepantie zou nieuwe details over het planeetvormingsproces kunnen onthullen, " legde Fortney uit. "Bijvoorbeeld, welke andere factoren dragen bij aan de samenstelling van een babyplaneet tijdens het vormen? Misschien de locatie op de schijf en hoe ver het is van eventuele buren. Er is meer werk nodig om deze cruciale vragen te beantwoorden."

Een aanwijzing kan komen van de gecombineerde resultaten van de auteurs die de zware elementen bundelen in groepen die hun kenmerken weerspiegelen. De auteurs zagen een voorlopige correlatie tussen de zware elementen van een planeet en de relatieve overvloed aan koolstof en zuurstof van zijn gastheerster, die vluchtige elementen worden genoemd, versus de rest van de elementen die in deze studie zijn opgenomen, die in de groep vallen die vuurvaste elementen worden genoemd. Deze termen verwijzen naar de lage kookpunten van de elementen - vluchtigheid - of hun hoge smeltpunten - in het geval van de vuurvaste elementen. Vluchtige elementen kunnen een ijsrijke planetaire samenstelling vertegenwoordigen, terwijl vuurvaste elementen een rotsachtige samenstelling kunnen aangeven.

Teske zei:"Ik ben verheugd om dit voorlopige resultaat verder te onderzoeken, en hopelijk meer informatie toevoegen aan ons begrip van de relaties tussen ster- en planetaire composities van aankomende missies zoals NASA's James Webb Space Telescope, die in staat zal zijn om elementen in exoplaneetatmosferen te meten."