Между скалистыми планетами и их звездами есть сложная химическая связь

В ранней Солнечной системе гигантский протопланетный диск из пыли, камней и газа вращался вокруг недавно сформированного Солнца. Часть этого материала в конечном итоге соединилась вместе под действием гравитации, чтобы сформировать подростковые версии тех планет, которые мы знаем сегодня, включая и Землю.

Но как при этом распределяются между звездой, плотными планетами и газовыми гигантами тяжелые элементы? Обладают ли скалистые планеты, подобные Земле, и нашим соседям, Венере и Марсу, аналогичным процентом тяжелых элементов по сравнению с их домашними звездами — в отличие от больших газообразных планет, таких как Нептун и Юпитер. Этому вопросу и было посвящено новое исследование, опубликованное в журнале Science.

Группа исследователей собрала данные по 32 экзопланетам с малой массой, которые вращаются вокруг 27 звезд, по размеру и спектральному классу схожих с Солнцем.

Астрономы могут определять химический состав звезд, анализируя их свет, а также химический состав планет, анализируя свет звезд, отраженный от них, их орбиты, и размеры, что позволяет получить данные о массе и плотности.  Содержание элементов в атмосферах звезд отражает их основной состав, за исключением самых легких элементов, с точностью до нескольких процентов. Этот факт был проверен на Солнце, путем сравнения его спектров с составом метеоритов.

Таким образом, исследователи смогли получить достаточно точную картину соотношений тяжелых элементов в звездах-хозяевах экзопланет, и самих экзопланетах.

Астрофизики предположили, что содержание в протопланетном диске более тяжелых элементов, таких, как железо и магний, должно быть отражено и в звезде, закрепляющей солнечную систему, поскольку во время фазы ее формирования присутствовали те же материалы.

Это означает, что скалистые планеты и их звезды, вероятно, будут иметь пропорциональную долю тяжелых элементов. Но насколько тесно могут быть связаны эти соотношения, было не совсем ясно.

Исследователи определили содержание магния (Mg), силикона (Si) и железа (Fe) в звездах-хозяевах. Эти элементы являются основным материалом для построения скальных пород.

Далее, используя данные о массах экзопланет и радиусах их орбит, и опираясь на модели планетных недр, они рассчитали их возможную долю железа в каждой планете.

Авторы обнаружили, что доли железа в звездах и планетах, вращающихся вокруг них, коррелируют друг с другом, но не в соотношении 1: 1. Это говорит о том, что тонкие различия в распределении элементов в протопланетном диске и процессы, связанные с формированием планет, играют важную роль в определении окончательного химического состава скалистой планеты.

Хотя между звездами и планетами, вращающимися вокруг них, наблюдались небольшие различия в содержании более тяжелых элементов, результаты подтверждают вывод химического состава каменистых планет на основе содержания в звездах основных породообразующих элементов, таких как железо, магний и кремний, что и предполагалось в предыдущих исследованиях.

Кроме того, результаты новой статьи отмечают, что экзопланеты различных классов, супер-Земля и супер-Меркурий имеют разный химический состав, что предполагает различия в процессах их планетарного образования. Эти данные очень важны для будущих экзопланетных исследований.

Планета с массой примерно в девять большей массы Земли, обнаруженная на фоне своей звезды в ходе ее фотографирования, на 25% состоит из «горячего льда».

По материалам  Science Alert

Читайте также:

У блуждающих экзопланет могут быть спутники, пригодные для жизни

Спутник NASA открыл массивную экзопланету возле старого оранжевого карлика