Jak dwie planety tak podobne pod pewnymi względami mogą mieć tak różne gęstości? Według nowego badania winna może być katastrofalna kolizja.
W naszym Układzie Słonecznym wszystkie planety wewnętrzne są małymi skalistymi światami o podobnej gęstości, podczas gdy planety zewnętrzne są gazowymi gigantami o podobnych gęstościach. Ale nie wszystkie układy słoneczne są podobne do naszego.
Misja Kepler odkryła wiele różnych egzoplanet w ciągu dziewięciu lat swojej działalności. Dzięki tej misji wiemy już o 2000 samych potwierdzonych egzoplanetach, które mają mniej niż trzy promienie Ziemi. I chociaż te 2000 planet ma dość wąski zakres rozmiarów, ich gęstości mogą się znacznie różnić.
Nowy artykuł został opublikowany w Nature Astronomy przez astronomów Aldo S. Bonomo i Mario Damasso z Istituto Nazionale Di Astrofisica (INAF) oraz przez Centre for Astrophysics | Astrofizyk Harvard & Smithsonian (CfA) Li Zeng. W badanie zaangażowany był także duży zespół kolegów zbyt wielu, by je wymienić.
Niektóre z 2000 wspomnianych wcześniej egzoplanet mają gęstość niższą niż gazowy gigant Neptuna, który składa się z lotnych substancji o niskiej gęstości, a niektóre mają gęstość wyższą niż Ziemia, która składa się głównie ze skały (około 32% żelaza). W nowym badaniu zbadano egzoplanety w system Kepler-107, aby spróbować zrozumieć, w jaki sposób planety w tym samym systemie i o podobnych rozmiarach mogą mieć tak szeroki zakres gęstości.
Zespół skoncentrował się na systemie Kepler-107, ponieważ zawiera on cztery planety mniejsze niż Neptun: Kepler-107b, c, d oraz e. Dwie najbardziej wewnętrzne planety, 107b i 107c, mają prawie identyczne promienie 1,5 i 1,6 promienia Ziemi, ale 107c jest ponad dwukrotnie gęstsza niż 107b. Jak te bliźniaki, które są częścią bardzo zwartego systemu planet, mogą mieć tak różne kompozycje?
„Jest to jeden z wielu interesujących systemów egzoplanetowych, które odkrył i scharakteryzował teleskop kosmiczny Kepler”.
Li Zeng, Department of Earth and Planetary Sciences, Harvard University.
Krótka odpowiedź brzmi: albo formowali się w bardzo różnych warunkach, albo że po formacji wydarzyło się coś dramatycznego, aby tak drastycznie zmienić ich gęstość.
Przed Keplerem astronomowie mieli tylko własny Układ Słoneczny. W naszym Układzie wydaje się, że Jowisz, Saturn, Uran i Neptun uformowały się w zewnętrznych obszarach dysku protoplanetarnego, z zimnych lodów i gazów, które stanowiły większość materiału w zewnętrznym Układzie Słonecznym. W wewnętrznych obszarach młodego Układu Słonecznego skaliste planety powstały z materiałów, które przetrwały promieniowanie słoneczne, takich jak krzemiany i żelazo.
Ale misja Keplera pokazała nam, że to, co uważamy za normę, a mianowicie nasz własny Układ Słoneczny, jest tylko jedną ścieżką, którą mogą obrać układy słoneczne. Kepler odkrył liczne tak zwane „Gorące Jowisze”, duże, gazowe światy krążące bardzo blisko własnych gwiazd. Te olbrzymie gazowe olbrzymy nie mogły powstać tak blisko swoich gwiazd, ponieważ gazy, z których powstały, nie przetrwałyby w tak bliskiej odległości od swojej gwiazdy. Musieli uformować się dalej, a następnie migrować.
Istnieją dowody na to, że Jowisz uformował się w zewnętrznych obszarach naszego Układu Słonecznego, a następnie migrował bliżej Słońca, zanim znalazł drogę na obecną orbitę. Ale o ile wiemy, wewnętrzne skaliste planety nie migrowały: powstały w wewnętrznym Układzie Słonecznym i pozostały tutaj.
System Keplera 107 pokazuje nam również, że układy słoneczne mogą tworzyć się inaczej niż nasze własne i że katastrofalne zderzenie dwóch światów może zmienić ich gęstość.
Kepler 107b i 107c mają promienie 1,53 i 1,59 promienia Ziemi, okresy orbity 3,18 i 4,9 dnia, ale gęstości odpowiednio 5,3 i 12,65 gramów na centymetr sześcienny. Co może tłumaczyć ogromną różnicę w gęstości? Gdyby promieniowanie słoneczne było odpowiedzialne za gotowanie substancji lotnych, to czy nie zostałyby mu poddane obie planety? Poza tym zewnętrzna planeta ma większą gęstość, a nie wewnętrzna.
Zespół astronomów twierdzi, że była to katastrofalna kolizja, która jest odpowiedzialna za różne gęstości.
Wydaje im się, że Kepler 107c, zewnętrzna i gęstsza planeta, doznała katastrofalnej kolizji, która zdarła płaszcz z krzemianu, pozostawiając jedynie żelazny rdzeń.
„Jest to jeden z wielu interesujących systemów egzoplanetowych, które odkrył i scharakteryzował teleskop kosmiczny Kepler”, powiedział Li Zeng z Harvardu. „To odkrycie potwierdziło wcześniejsze prace teoretyczne sugerujące, że gigantyczny wpływ między planetami odegrał pewną rolę podczas formowania się planet. Oczekuje się, że misja TESS znajdzie więcej takich przykładów. ”
Zderzenia planetarne nie są nowym pomysłem. Dowody wskazują, że Ziemski Księżyc powstał w wyniku katastrofalnego zderzenia Ziemi z innym ciałem zwanym Theia. Te nowe badania sugerują, że mogą one być znacznie częstsze niż się wydaje.
Jeśli katastroficzne zakłócenia występują często w układach planetarnych, astronomowie przewidują znalezienie wielu innych przykładów, takich jak Kepler-107, ponieważ coraz więcej gęstości egzoplanet jest określanych dokładniej.
Źródła:
- Artykuł badawczy: Olbrzymi wpływ jako prawdopodobne pochodzenie różnych bliźniaków w układzie egzoplanetnym Kepler-107
- Informacja prasowa: Zderzające egzoplanety
- Wikipedia: Kepler-107
- Cal-Tech: Gorące Jowisze
- Wikipedia: Hot Jupiter
