De stamboom van exoplaneten heeft zich net in twee takken verdeeld

Wetenschappers hebben de exoplanetaire levensboom in twee verschillende takken gereorganiseerd. De meeste exoplaneten die tot nu toe zijn ontdekt, zijn in omvang vergelijkbaar met de aarde of met Neptunus, volgens een nieuwe studie onder leiding van het California Institute of Technology. Maar astronomen zijn verbaasd waarom er een kloof is tussen deze twee planetaire grootten.

Het werk, dat gebaseerd is op een analyse van duizenden bekende exoplaneten, laat zien dat planeten in onze melkweg overweldigend in twee groepen vallen. De eerste omvat rotsachtige planeten tot 1,75 keer de grootte van de aarde, en de tweede groep bestaat uit gasachtige Neptune-achtige werelden tussen 2 tot 3,5 keer de grootte van de aarde. (Neptune is in vergelijking ongeveer 4 keer zo groot als de aarde.)

Het werk omvat gegevens van NASA's Kepler-ruimtetelescoop, die naar aardachtige werelden zoekt in de bewoonbare zones van hun sterren, en het W. M. Keck-observatorium, dat planeten detecteert met behulp van de hoge resolutie echelle-spectrometer (HIRES) op de Keck I-telescoop. De onderzoekers probeerden deze planeten op dezelfde manier in te delen als hoe biologen diersoorten classificeren.

"Dit is een belangrijke nieuwe indeling in de stamboom van planeten, analoog aan het ontdekken dat zoogdieren en hagedissen verschillende takken zijn van de boom des levens", zegt Andrew Howard, hoogleraar astronomie bij Caltech en hoofdonderzoeker van het nieuwe onderzoek, in een uitspraak.

"In het zonnestelsel zijn er geen planeten met afmetingen tussen de aarde en Neptunus", voegt Erik Petigura, co-auteur van de studie en een postdoctorale Hubble-fellow bij Caltech toe. "Een van de grote verrassingen van Kepler is dat bijna elke ster minstens één planeet groter dan de aarde heeft maar kleiner is dan Neptunus .We willen graag weten hoe deze mysterieuze planeten zijn en waarom we ze niet in onze eigen hebben zonnestelsel."

GERELATEERD: Earth May Once Have Been Donut-shaped Mass of Vaporized Rock Called a Synestia

Een studie op basis van het onderzoek zal worden gepubliceerd in Het astronomisch dagboek en een preprint-versie is nu beschikbaar in preprint-versie op Arxiv. De studie zelf wordt geleid door B.J. Fulton, een afgestudeerde student in Howard's groep die werkt bij zowel Caltech als het Institute of Astronomy aan de Universiteit van Hawaï.

"Astronomen houden ervan dingen in emmers te stoppen," merkte Fulton op. "In dit geval hebben we twee zeer verschillende emmers gevonden voor de meerderheid van de Kepler-planeten."

Planeten classificeren

De eerste planeet rond een zon-achtige ster werd ontdekt in het midden van de jaren negentig. Tegenwoordig zijn er bijna 3.500 bevestigde exoplaneten, en duizenden nog moeten worden bevestigd. De meeste hiervan werden gevonden door Kepler, die zijn missie begon door naar een vaste plek in het sterrenbeeld Cygnus te staren. Kepler bewaakte de sterren voor veelbetekenende lichtdalingen toen de planeten voor de sterren passeerden.

Nadat de missie niet meer consistent kon wijzen vanwege falende gyroscopen, begon Kepler in 2013 met een nieuwe missie genaamd "K2", waarbij het zijn visie verschillende keren per jaar draait. Het is nog steeds exoplaneten aan het ontdekken, maar in een lagere snelheid dan eerst.

De Kepler-catalogus bevat meestal planeten die heel dicht bij hun sterren staan. Eerder was bekend dat de door Kepler ontdekte planeten tussen de grootte van de aarde en Neptunus waren - maar er waren geen afzonderlijke groepen bekend totdat gegevens van de Keck-telescoop werden gebruikt.

GERELATEERD: De enorme schijf van Orphan Planet laat zien dat planeten meer op sterren lijken dan wij weten

In het algemeen, als een planeet voorbij gaat voor een ster, is de grootte van de "dip" in sterrenlicht gecorreleerd met de grootte van de planeet. Om de omvang van de planeet te begrijpen, moeten astronomen echter ook de grootte van de bovenliggende sterren kennen. Voor het verkrijgen van die informatie waren de diensten van Keck vereist, die spectrale gegevens over de oudersterren hadden verkregen. De spectrale gegevens gaven metingen van de grootte van de sterren, die op hun beurt preciezere maten opleverden voor de planeten die voor elke ster passeerden.

"Vroeger was het sorteren van de planeten naar grootte hetzelfde als proberen korrels zand met je blote oog te sorteren," zei Fulton. "De spectra van Keck krijgen is als uitgaan en een vergrootglas grijpen, we kunnen details zien die we niet eerder hadden kunnen."

Op zoek naar de kloof

De informatie van Keck leverde de grootten van deze planeten viermaal meer precisie op dan eerder beschikbaar was. De nieuwe verdeling onthulde een kloof tussen rotsachtige aarde en mini-Neptunes. Terwijl wetenschappers nog steeds onderzoeken wat de kloof in planetaire grootten veroorzaakt, hebben ze twee mogelijke verklaringen.

Eén verklaring zou kunnen zijn dat veel planeten van nature van aardformaat zijn en hun oorspronkelijke grootte behouden, terwijl andere - om redenen die nog steeds slecht worden begrepen - veel gasachtige massa krijgen.

"Een klein beetje waterstof en heliumgas gaat heel ver, dus als een planeet slechts 1 procent waterstof en helium in massa verwerft, is dat genoeg om de kloof te overbruggen," zei Howard. "Deze planeten zijn als rotsen met grote gasballonnen om hen heen.Het waterstof en helium dat in de ballon zit, draagt ​​niet echt bij aan de massa van het systeem als geheel, maar het draagt ​​op een enorme manier bij aan het volume, waardoor de planeten veel groter in omvang. "

Als alternatief kan de kloof bestaan ​​omdat planeten die zich tussen superaarde en mini-Neptunus bevinden hun gas zien afbranden wanneer ze worden blootgesteld aan straling van hun moederster.

"Een planeet zou geluk moeten hebben om in de opening te landen, en als dat zo was, zou het daar waarschijnlijk niet blijven," zei Howard. "Het is onwaarschijnlijk dat een planeet precies de juiste hoeveelheid gas heeft om in de opening te landen, en die planeten die genoeg gas hebben, kunnen hun dunne atmosferen laten wegwaaien. Beide scenario's zullen waarschijnlijk de kloof overbruggen in planeetgroottes die we waarnemen. "

De onderzoekers plannen meer studie om te kijken naar de zware elementen op elke planeet om meer te weten te komen over de samenstelling van de wereld, die op zijn beurt de voorspellingen over hoe deze planeten worden gevormd, zou verfijnen.

"We zijn momenteel bezig om te begrijpen waar deze mini-Neptunes van gemaakt zijn, wat zou moeten helpen verklaren waarom deze planeten zich zo gemakkelijk om andere sterren vormen en waarom ze zich niet rond de zon vormden", zei Petigura.

In gerelateerd nieuws publiceerde NASA op maandag (19 juni) een nieuwe catalogus van exoplaneten van de Kepler-telescoop, gebaseerd op gegevens van de eerste vier jaar van Kepler's missie vóór K2. De gegevens omvatten 219 exoplanet-kandidaten. Van deze kandidaten worden er 10 verondersteld op aarde te zijn en in de bewoonbare zones van hun oudersterren.