Sanft oder springen? Das abwechslungsreiche Leben der "heißen Jupiter" - - Platz - 2020

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Anonim

Der Eisenreichtum eines neugeborenen Sterns sagt voraus, ob seine Gasriesen einer gewalttätigen Zukunft gegenüberstehen

Seit die Schweizer Astronomen die Welt erstaunt haben, als sie einen riesigen Planeten gefunden haben, der sich nahe an seinem Stern befindet, haben sich die Forscher gefragt, wie diese sogenannten heißen Jupiter entstanden sind. Keines existiert in unserem Sonnensystem, wo sich die Planetengiganten - Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun - in der Tiefkühltruhe jenseits des Asteroidengürtels befinden. Nun bietet eine überraschende Entdeckung neue Erkenntnisse. Je mehr Eisen mit einem Stern geboren wurde, desto wahrscheinlicher war es, dass der heiße Jupiter des Sterns eine gewalttätige Vergangenheit hatte.

"Heiße Jupiter sind so etwas wie eine rote Fahne. Unser einfaches Bild, wie sich Planetensysteme bilden und entwickeln, was wir früher hatten, reicht nicht aus", sagt Rebekah Dawson, eine Studentin der Astronomie an der Harvard University. In diesem Bild entstanden Planeten aus einer Scheibe aus Gas und Staub um einen Stern und blieben so weit von ihrer Sonne entfernt, wo sie herkamen.

Aber keine heißen Jupiter. So wie das Fossil einer tropischen Pflanze in der Antarktis eine kontinentale Drift suggeriert, zeigen die heißen Jupiter, dass sich Planeten ihrem Stern nähern können. Gasriesen bilden sich weit weg von ihren Sternen, wo die protoplanetare Scheibe so kalt ist, dass Eis kondensiert und zu Eis-Gesteins-Eisenkernen zusammenfällt, die etwa zehnmal massiver sind als die Erde. In unserem Sonnensystem zog die Schwerkraft zweier solcher Kerne so viel Wasserstoff und Helium an, dass sie zu den Gasgiganten Jupiter und Saturn schwollen, die 318 und 95-mal so groß sind wie die Erde. Zwei andere Kernekonnte nicht viel Gas gewinnen und blieb kleiner; Sie wurden zu Uranus und Neptun, den "Eisriesen" der Sonne, und wiegen nur 14,5 und 17,2 Erdmassen.

Ein heißer Jupiter beginnt also weit entfernt von seinem Stern zu leben und muss sich nach innen bewegen, bis er heißer wird als jede andere Welt in unserem Sonnensystem. Aber wie bewegt sich der Planet genau nach innen? Die Astronomen begünstigten einst ein sanftes Verfahren, bei dem die protoplanetare Scheibe den Planeten langsam in Richtung Sonne zieht und ihn auf einer kreisförmigen Umlaufbahn im Äquator des Sterns belässt. Im Jahr 2008 begannen die Astronomen jedoch, heiße Jupiter mit geneigten Umlaufbahnen zu finden, und schlugen stattdessen auf die Gewalt der Vergangenheit hinzu: Die Schwerkraft anderer Gasriesen hatte die Jupiter nach innen getreten.

Nun hat Dawson eine überraschende Korrelation zwischen der Eisenfülle eines Sterns und den Umlaufbahnen der Planeten entdeckt, die ihre Herkunft offenbart. Weil heiße Jupiter ihren Sternen nahe sind, ziehen die Gezeiten der Sterne auf den Planeten und machen ihre Umlaufbahnen kreisförmig. Sie schaute sich stattdessen etwas weiter nach Gasriesen um, bei denen die Gezeiten des Sterns zu schwach sind, um die Umlaufbahnformen wesentlich zu verändern. Dabei fanden sie heraus, dass Sterne mit mehr Eisen als die Sonne auf viel elliptischen Wegen Gasriesen haben.

In der Arbeit, die in der Ausgabe vom 20. April veröffentlicht werden soll Astrophysical Journal Letters, Dawson und ihre Beraterin Ruth Murray-Clay erklären die Feststellung wie folgt. Wenn ein Stern und seine protoplanetare Scheibe mit viel Eisen und anderen schweren Elementen geboren werden, wachsen die Kerne schnell, da sie zumeist aus diesen Elementen bestehen; Daher ziehen die Kerne Wasserstoff und Helium an und führen zu mehr Gasriesen. Eine Vielzahl von Gasgiganten erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass die Schwerkraft eines Planeten eine andere Sonne nach oben wirft, wo er zu einem heißen Jupiter wird. Im Gegensatz dazu können Sterne, die mit weniger Eisen geboren wurden, höchstens einen Gasriesen beherbergen, der sich nur durch die Scheibe nach innen bewegen kann.

"Das Ergebnis ist ziemlich auffällig", sagt Daniel Fabrycky, ein Astronom an der University of Chicago. Er glaubt, dass die Botschaft klar ist: Es gibt mehr als einen Weg, einen heißen Jupiter zu machen.

Nachdem Dawson ihre Arbeit online gestellt hatte, sandte Stuart Taylor, ein Astronom aus Hongkong, per E-Mail, dass er den gleichen Zusammenhang entdeckt hatte, und stellte ihn letzten Sommer auf einer Konferenz in Peking vor. Taylor dachte jedoch, dass der hohe Eisengehalt eines Sterns eher eine Wirkung als eine Ursache sein könnte, da Riesenplaneten auf elliptischen Bahnen andere Planeten in ihren Stern stoßen und dessen Eisenniveau erhöhen. "Ich denke, dass unsere Erklärungen sich wirklich ergänzen", sagt Taylor, weil beide Prozesse funktionieren können: Ein eisenreicher Stern hat mehr Gasriesen, wodurch mehr Planeten in ihre Sonne fallen.

Auf jeden Fall ist es eine gute Sache, dass "unser" Jupiter sich nicht bewegt. "Egal wie sich ein Gasriese bewegt, es ist wahrscheinlich eine schlechte Nachricht für alle kleinen Planeten auf Erdgröße, die sich im Weg befinden", sagt Dawson. "Sie würden höchstwahrscheinlich in die Sonne gestreut."

Wäre die Sonne mit mehr Eisen geboren worden, wären Uranus und Neptun möglicherweise zu Gasriesen geworden - und Jupiter oder Saturn in unsere Ecke des Sonnensystems katapultiert.