Планета не падает далеко от звезды

Звезды и планеты образованы из одного и того же космического газа и пыли. В процессе формирования часть материала конденсируется и образует скалистые планеты, остальное либо накапливается звездой, либо становится частью газообразных планет. Таким образом, предположение о связи между составом звезд и их планет является разумным и подтверждается, например, в Солнечной системе большинством каменистых планет (за исключением Меркурия).

Иллюстрация формирования планет вокруг звезды, похожей на Солнце, со строительными блоками планет на переднем плане. 

Тем не менее предположения, особенно в астрофизике, не всегда оказываются верными. Исследование, проведенное Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA) в Португалии, в котором также участвуют исследователи из NCCR PlanetS из Бернского и Цюрихского университетов, опубликовано сегодня в журнале. Наука, дает первое эмпирическое свидетельство этого предположения — и в то же время частично ему противоречит.

Конденсированная звезда против скалистой планеты

Чтобы определить, связаны ли составы звезд и их планет, команда сравнила очень точные измерения обоих. Для звезд был измерен излучаемый ими свет, который несет характерный спектроскопический отпечаток их состава. Состав каменистых планет был определен косвенно: их плотность и состав определялись на основе их массы и радиуса. Только недавно было измерено достаточно планет настолько точно, что стали возможны значимые исследования такого рода.

«Но поскольку звезды и скалистые планеты совершенно разные по своей природе, сравнение их состава непросто», — отмечает Кристоф Мордасини, соавтор исследования, преподаватель астрофизики в университете Берна и член NCCR PlanetS. объяснять. «Вместо этого мы сравнили состав планет с теоретической, остывшей версией их звезды. В то время как большая часть вещества звезды — в основном водород и гелий — остается в виде газа при охлаждении, крошечная фракция конденсируется, состоящая из породообразующего материала, такого как железо и силикат », — объясняет Кристоф Мордасини.

В Бернском университете с 2003 года непрерывно разрабатывалась «Бернская модель формирования и эволюции планет» (см. Информационный блок). Кристоф Мордасини говорит, что «понимание разнообразных процессов, вовлеченных в формирование и эволюцию планет, интегрировано в модель». Используя эту модель Берна, исследователи смогли рассчитать состав этого породообразующего материала остывшей звезды. «Затем мы сравнили это с каменистыми планетами», — говорит Кристоф Мордасини.

Показания обитаемости планет

«Наши результаты показывают, что наши предположения относительно состава звезд и планет не были в корне ошибочными: состав каменистых планет действительно тесно связан с составом их родительской звезды. Однако отношения не так просты, как мы ожидали », — говорит ведущий автор исследования и исследователь ИА Вардан Адибекян. Ученые ожидали, что изобилие этих элементов в звезде установит максимально возможный предел.

«Тем не менее, для некоторых планет содержание железа на планете даже выше, чем в звезде», — сказала Кэролайн Дорн, соавтор исследования и член NCCR PlanetS, а также научный сотрудник Ambizione в Цюрихском университете. , объясняет. «Это могло произойти из-за гигантских ударов по этим планетам, которые отламывают некоторые внешние, более легкие материалы, в то время как плотное железное ядро ​​остается», — считает исследователь. Таким образом, результаты могут дать ученым ключ к разгадке истории планет.

«Результаты этого исследования также очень полезны для ограничения состава планет, которые предполагаются на основе расчетной плотности на основе измерений массы и радиуса», — объясняет Кристоф Мордасини.

«Поскольку более чем один состав может соответствовать определенной плотности, результаты нашего исследования говорят нам, что мы можем сузить потенциальные составы на основе состава звезды-хозяина», — говорит Мордасини. А поскольку точный состав планеты влияет, например, на то, сколько радиоактивного материала она содержит или насколько сильное ее магнитное поле, он может определить, является ли планета благоприятной для жизни или нет.

«Бернская модель формирования и эволюции планет»

Можно делать заявления о том, как была образована планета и как она развивалась, используя «Бернскую модель формирования и эволюции планет». Модель Берна непрерывно разрабатывается в Бернском университете с 2003 года. В эту модель интегрировано понимание разнообразных процессов, вовлеченных в формирование и эволюцию планет.

Это, например, подмодели аккреции (роста ядра планеты) или того, как планеты гравитационно взаимодействуют и влияют друг на друга, а также процессов в протопланетных дисках, в которых формируются планеты. Модель также используется для создания так называемого синтеза населения, который показывает, какие планеты развиваются, как часто при определенных условиях в протопланетном диске.