Onderzoekers van Penn's Department of Physics and Astronomy hebben een nieuwe methode ontwikkeld om de relatie tussen de chemische samenstelling van een ster en planeetvorming beter te begrijpen. Het onderzoek werd geleid door de recent afgestudeerde Jacob Nibauer voor zijn afstudeerscriptie bij Bhuvnesh Jain en werd mede begeleid door voormalig Penn-postdoc Eric Baxter. De onderzoekers ontdekten dat de meeste sterren in hun dataset qua samenstelling vergelijkbaar zijn met de zon, enigszins in tegenspraak met eerder werk en impliceert dat veel sterren in de Melkweg hun eigen aardachtige planeten zouden kunnen herbergen. Deze resultaten werden gepresenteerd op de 238e American Astronomical Society-conferentie en ook gepubliceerd in de Astrofysisch tijdschrift .

De meest gebruikte techniek om exoplaneten te vinden, die buiten het zonnestelsel bestaan, omvat de transitmethode, wanneer een exoplaneet tussen zijn ster en de waarnemer beweegt en een dip in de helderheid van de ster veroorzaakt. Hoewel de meeste bekende exoplaneten met deze methode zijn ontdekt, deze benadering is beperkt omdat exoplaneten alleen kunnen worden gedetecteerd wanneer hun baan en de waarnemer perfect op één lijn liggen en een voldoende korte omlooptijd hebben. De tweede meest krachtige techniek, de radiale snelheid of Doppler-methode, heeft andere beperkingen in zijn vermogen om planeten te vinden.

Dit roept de vraag op, Als planeten rond een ster niet kunnen worden gedetecteerd, kan hun bestaan ​​worden afgeleid door de gastster te bestuderen? De onderzoekers ontdekten dat het antwoord op deze vraag een gekwalificeerd ja is, met nieuwe methoden die astronomen helpen beter te begrijpen hoe de vorming van exoplaneten verband houdt met de samenstelling van de ster waar ze omheen draaien.

"Het idee is dat planeten en sterren uit dezelfde geboortewolk worden geboren, dus je kunt je een scenario voorstellen waarin een rotsachtige planeet zich vastklampt aan genoeg materiaal om het late stellaire oppervlak in die elementen uitgeput te laten, ", zegt Nibauer. "Het doel is om te beantwoorden of sterren die planeten ontvangen er anders uitzien dan sterren zonder planeten, en een manier om dat te doen is door te zoeken naar tekenen van planeetvorming in de samenstelling van het stellaire oppervlak. Gelukkig, de samenstelling van een ster, tenminste van zijn buitenste lagen, kan worden afgeleid uit zijn spectrum, de verdeling van de lichtintensiteit over verschillende frequenties."

Om dit te doen, de onderzoekers gebruikten gegevens van het Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment (APOGEE-2), gericht op 1, 500 Melkwegsterren met chemische samenstellingsgegevens voor vijf verschillende elementen. Nibauers nieuwe bijdrage was het toepassen van Bayesiaanse statistiek om de overvloed aan vijf gesteentevormende, of "vuurvaste, "elementen en objectief afzonderlijke sterrenpopulaties op basis van hun chemische samenstelling.

Met de methode van Nibauer kunnen onderzoekers naar sterren kijken met een lage signaal-ruisverhouding, of waar de meetachtergrond groter kan zijn dan het eigen signaal van de ster. "Dit kader, in plaats van te focussen op een ster-voor-ster basis, combineert metingen over de hele populatie waardoor we de wereldwijde distributie van chemische abundanties kunnen karakteriseren, ", zegt Nibauer. "Daarom, we zijn in staat om veel grotere populaties van sterren op te nemen in vergelijking met eerdere studies."

De onderzoekers ontdekten dat hun dataset sterren netjes in twee populaties scheidde. uitgeputte sterren, die het grootste deel van de steekproef uitmaken, ontbreken vuurvaste elementen in vergelijking met de niet-uitgeputte populatie. Dit zou erop kunnen wijzen dat het ontbrekende vuurvaste materiaal in de uitgeputte populatie opgesloten zit in rotsachtige planeten. Deze resultaten komen overeen met andere kleinere, gerichte studies van sterren die nauwkeurigere metingen van de chemische samenstelling gebruiken. Echter, de interpretatie van deze resultaten verschilt van eerdere studies doordat de zon lijkt te behoren tot een populatie die de meerderheid van de steekproef uitmaakt.

"Eerdere studies waren gericht op de zon, dus sterren zijn als de zon of niet, maar Jake ontwikkelde een methode om soortgelijke sterren te groeperen zonder naar de zon te verwijzen, ", zegt Jain. "Dit is de eerste keer dat een methode die 'de gegevens laat spreken' twee populaties heeft gevonden, en dan zouden we de zon in een van die groepen kunnen plaatsen, die bleek de uitgeputte groep te zijn."

Deze studie biedt ook een veelbelovende manier om individuele sterren te identificeren die een grotere kans hebben om hun eigen planeten te herbergen, zegt Nibauer. "Het doel op lange termijn is om grote populaties exoplaneten te identificeren, en elke techniek die een probabilistische beperking kan opleggen of een ster waarschijnlijk een planeetgastheer is zonder te hoeven vertrouwen op de gebruikelijke transitmethode, is zeer waardevol, " hij zegt.

En als uitputting van Melkwegsterren de norm is, dit zou kunnen betekenen dat de meeste van deze sterren in een baan zouden kunnen draaien door aardachtige planeten, de mogelijkheid openend dat sterren die zwaardere elementen "ontbreken" ze eenvoudigweg opsluiten in ronddraaiende rotsachtige exoplaneten, hoewel andere mogelijke verbindingen met exoplaneten ook worden onderzocht. "Dit zou opwindend zijn als het wordt bevestigd door toekomstige analyses van grotere datasets, ' zegt Jaïn.