Tot voor kort dachten we dat ons zonnestelsel het prototype was waarlangs andere planetenstelsels moesten worden gebouwd. We dachten dat er twee klassen planeten waren: vaste werelden, die we geclusterd in het binnenste vinden, en gasreuzen die verder weg zijn. Vanaf de jaren negentig begonnen we planeten in de buurt van andere sterren te detecteren, en toen ontdekten we dat ons zonnestelsel niet helemaal normaal is. In een nieuw artikel dat deze week voor publicatie werd geaccepteerd, probeerden twee astrofysici van Columbia University uit te zoeken waarom.
Het blijkt dat het hebben van kleine, solide planeten in het binnenste zonnestelsel en grote gasreuzen in het buitenste zonnestelsel niet helemaal normaal is. Gasreuzen en rotsachtige planeten zijn overal te vinden, en grote planeten hebben precies dezelfde kansen om dichter bij hun ster te zijn als kleine. De planeten die we hebben gevonden, hebben aangetoond dat niets gasreuzen verhindert om "hete Jupiters" te worden, zelfs nog meer - ze doen dit vrij vaak. De tweede verrassing is zelfs nog verrassender en is het baanbrekende werk van NASA's Kepler-ruimteobservatorium waard. Hoewel vaste werelden ter grootte van de aarde - zowel groter als kleiner - net zo gewoon zijn als werelden ter grootte van Neptunus en Jupiter, is er een derde klasse van planeten, de meest voorkomende van allemaal. Tussen de afmetingen van de aarde en Neptunus is er een optie die we over het hoofd hebben gezien: een superaarde (of mini-neptunus). En het bleek dat de superaarde groter is dan elke andere planeet.
De eerste vraag die opkwam: waarom is deze klasse van verbazingwekkende werelden zo dichtbevolkt? Maar toen onze modellen van planetaire formaties in de buurt van sterren verbeterden, begonnen we te zien dat er samen met de overlevende planeten een gelijkmatige verdeling verscheen. Werelden die te weinig massief waren, werden in de regel door andere lichamen geabsorbeerd, weggegooid of in de zon geworpen. Naarmate de massa van de planeet toenam, nam ook de overlevingskans toe. Hoe zwaarder de wereld - bij voorkeur drie keer zo zwaar als de aarde - hoe groter de kans dat de zwaartekracht hem in waterstof en helium zal omhullen. Deze tussenmassa-werelden zouden ergens tussen rotsachtige planeten en gasreuzen moeten liggen. Maar als je op zoek gaat naar steeds grotere werelden, zul je zien dat er steeds minder zijn. Het universum brengt geen buitensporig aantal enorme werelden voort, simpelweg omdat het grondstoffen heeft. Er zouden 317 van onze planeten nodig zijn om alleen Jupiter te vormen.
Toen ons begrip van planetair onderwijs verbeterde, begonnen we inhoudelijke vragen te krijgen. Als superaarde het meest voorkomende type werelden was, wat is er dan zo speciaal aan het zonnestelsel dat we geen enkele superaarde hebben? De opties zijn interessant maar teleurstellend:
- Jonge superaarde die zich hebben gevormd, maar niet hebben overleefd, zijn mogelijk samen met de migratie van reuzenplaneten weggegooid.
- Het hele binnenste zonnestelsel vormde zich voordat Jupiter naar buiten bewoog, en de vaste werelden bleken klein te zijn, omdat ze zich laat vormden, toen al het materiaal al op was.
- Onze enorme gasreuzen en de zon grepen het eerste planeetvormende materiaal en lieten geen kans over voor superaarde.
Door gebruik te maken van de laatste ontwikkelingen op het gebied van probabilistische prognoses, kwamen wetenschappers Jinjin Chen en David Kipping echter met een nieuwe, interessante en volledige verklaring. Misschien hadden we het helemaal mis.
Promotie video:
In de meeste gevallen kenden we bij het observeren van planeten de massa of de straal, maar niet beide parameters tegelijkertijd. Maar zonder één parameter te kennen, is het onmogelijk om te begrijpen met wat voor soort wereld we te maken hebben, met een vaste stof zoals de aarde of met een gasvormig zoals Neptunus. Stel je twee totaal verschillende werelden voor, die elk drie keer zo zwaar zijn als de aarde: de ene heeft een vaste kern van 2,8 aardemassa's met een dunne schil van gas eromheen, en de andere heeft een vaste kern van 1,5 aardemassa's en dezelfde hoeveelheid gas in de atmosfeer. De eerste planeet zal vergelijkbaar zijn met de aarde, maar in werkelijkheid is het een superaarde: groter, massiever en met een dunne atmosfeer. De tweede planeet zal meer op een mini-neptunus lijken: 10.000 kilometer "atmosfeer" boven een vast oppervlak in alle richtingen, en de druk op het oppervlak zal elk leven dat we kennen onmiddellijk verpletteren.
De bevindingen van Chen en Kipping stellen ons in staat om nauwkeurig de grens te trekken tussen superaarde en mini-neptunus. Ze presenteerden een indelingsschema dat onze eerdere slechte schattingen ver overtreft. Hun variant:
- Elke wereld die minder dan 2,0 ± 0,6 aarde weegt, is waarschijnlijk solide.
- Elke wereld tussen 2,0 en 130 aardemassa's zal vergelijkbaar zijn met Neptunus.
- Iets dat zwaarder is dan 8% van onze zon zal een ster zijn.
- Dat is alles. Een andere classificatie zou volgens astrofysici complete onzin zijn.
Het vertelt ons ook dat de meeste werelden die we "superlanden" noemen, zich in feite aan het lage-massa einde van neptunus-achtige werelden bevinden, wat een al lang bestaand vermoeden bevestigt. Voor planeten die met de doorvoermethode worden gevonden, zal een vaste wereld met een massa van 2,0 aardes ongeveer 25% groter in straal zijn dan de aarde; als er meer is, zal het vrijwel zeker een neptunusachtige wereld zijn met een enorme waterstof-helium-schaal.
En weet je waarom er geen superaardes in ons zonnestelsel zijn? Omdat met massa's van respectievelijk 50% en 40% van deze doorgangsdrempel, Aarde en Venus precies de superaarde zijn waarnaar we op zoek zijn: vaste planeten met een grote massa. De volgende "klasse" planeten zullen neptunusachtige werelden zijn, en we hebben er drie.
"Een groot aantal ontdekte planeten met een massa van 2-10 aardes wordt vaak aangehaald als bewijs dat superaardes heel gewoon zijn en dat ons zonnestelsel ongebruikelijk blijkt te zijn", schrijven de auteurs. “Als de grens tussen de aardse en de Neptuniaanse werelden echter wordt verschoven naar 2 aardse massa's, zal het zonnestelsel niet langer ongebruikelijk zijn. Volgens onze definitie zijn slechts drie van de acht planeten in het zonnestelsel Neptuniaanse werelden, het meest voorkomende type planeten rond andere sterren van het zonnetype."
Met andere woorden, het is waar dat er in ons zonnestelsel geen planeten tussen twee en tien aardmassa's zijn, en dat is op zichzelf zeldzaam. Maar dit is niet de beste manier om planeten te classificeren; ze maken slechts deel uit van het bereik van Neptuniaanse werelden, en we hebben er drie. Het blijkt dat we het helemaal bij het verkeerde eind hadden over het probleem van het missen van superlanden. Als we het correct beschouwen, zullen er twee interessante conclusies zijn: wat we superaardes noemden, lijkt helemaal niet op de aarde, en er is geen probleem, want er is niets verdwenen in ons zonnestelsel.
ILYA KHEL
