В юности звезды окружены вращающимся диском из газа и пыли, из которого рождаются планеты. Астрономы давно задавались вопросом, насколько состав звезды определяет сырье, из которого построены планеты – вопрос, который легче решить теперь, когда мы знаем, что галактика изобилует экзопланетами.
«Понимание взаимосвязи между химическим составом звезды и ее планет может помочь пролить свет на процесс формирования планет», – пояснил Теске.
Например, предыдущие исследования показали, что появление газовых планет-гигантов увеличивается вокруг звезд с более высокой концентрацией тяжелых элементов, кроме водорода и гелия. Считается, что это служит доказательством одной из основных конкурирующих теорий о том, как формируются планеты, которая предполагает, что газовые планеты-гиганты построены в результате медленной аккреции дискового материала до тех пор, пока не образуется ядро, примерно в 10 раз превышающее массу Земли.
В этот момент внутренняя часть твердой детской планеты способна окружить себя гелием и водородом, породив зрелую гигантскую планету.
«В предыдущей работе изучалась взаимосвязь между присутствием планет и количеством железа в родительской звезде, но мы хотели расширить это, чтобы включить содержание тяжелых элементов в самих планетах, и посмотреть на нечто большее, чем просто железо», – пояснил соавтор Даниэль Торнгрен, который выполнил большую часть работы в качестве аспиранта Калифорнийского университета в Санта-Крус и сейчас находится в Университете Монреаля.
Теске, Торнгрен и их коллеги – Джонатан Фортни из Калифорнийского университета в Санта-Круз, Натали Хинкель из Юго-Западного исследовательского института и Джон Брюэр из Государственного университета Сан-Франциско – сравнили объемное содержание тяжелых элементов в 24 холодных газовых планетах-гигантах с изобилием «планетообразующие элементы» углерод, кислород, магний, кремний, железо и никель в их 19 родительских звездах. (Некоторые звезды содержат несколько планет.)
Они были удивлены, обнаружив, что не существует корреляции между количеством тяжелых элементов на этих планетах-гигантах и количеством этих планетообразующих элементов в их родительских звездах.
Итак, как астрономы могут объяснить установившуюся тенденцию, согласно которой звезды, богатые тяжелыми элементами, более вероятны? разместить газовые планеты-гиганты?
«Раскрытие этого несоответствия может раскрыть новые подробности процесса формирования планет», – пояснил Фортни. "Например, какие еще факторы влияют на состав молодой планеты по мере ее формирования?? Возможно его расположение на диске и как далеко от соседей.
Чтобы ответить на эти важные вопросы, необходима дополнительная работа."
Ключ к разгадке может исходить из объединенных результатов авторов, объединяющих тяжелые элементы в группы, отражающие их характеристики. Авторы увидели предварительную корреляцию между тяжелыми элементами планеты и относительным содержанием углерода и кислорода в ее родительской звезде, которые называются летучими элементами, по сравнению с остальными элементами, включенными в это исследование, которые попадают в группу, называемую тугоплавкими элементами. Эти термины относятся к низким температурам кипения элементов – летучести – или их высоким температурам плавления – в случае огнеупорных элементов.
Летучие элементы могут указывать на богатый льдом планетарный состав, тогда как тугоплавкие элементы могут указывать на каменистый состав.
Теске сказал: «Я рад продолжить изучение этого предварительного результата и, надеюсь, добавлю больше информации к нашему пониманию взаимоотношений между звездным и планетным составами из грядущих миссий, таких как космический телескоп Джеймса Уэбба НАСА, который сможет измерять элементы на экзопланете. атмосферы."