Onthullend mysterie: waarom sub-Neptunussen variëren in dichtheid

AmsterdamDe meeste sterren in onze melkweg hebben planeten om zich heen. De meest voorkomende planeten zijn sub-Neptunussen, die groter zijn dan de Aarde maar kleiner dan Neptunus. Wetenschappers hebben moeite om hun dichtheid nauwkeurig te meten omdat twee verschillende methoden uiteenlopende resultaten geven.

Er bestaan twee soorten sub-Neptunussen op basis van hun dichtheid. Om hun massa te bepalen, maken wetenschappers gebruik van verschillende methoden.

De Transit-Timing Variation (TTV) methode en de Radiale Snelheidsmethode zijn technieken die worden gebruikt om exoplaneten te ontdekken en te bestuderen.

Planeten die gemeten worden met de Transit Timing Variation (TTV) methode zijn meestal minder dicht, terwijl planeten die met de radiale snelheid methode worden gemeten dichter lijken te zijn. Deze discrepantie heeft wetenschappers doen afvragen of dit komt door de observatiemethoden of door de werkelijke fysieke eigenschappen van de planeten.

Wetenschappers van NCCR PlanetS, de Universiteit van Genève en de Universiteit van Bern hebben dit probleem recent aangepakt. Uit hun onderzoek blijkt dat het verschil in dichtheid niet te wijten is aan een meetfout, maar aan fysieke oorzaken.

Jean-Baptiste Delisle van de UNIGE legde de TTV-methode uit. Deze techniek onderzoekt de veranderingen in de tijdstippen waarop planeten voor hun ster langskomen. Deze timingverschillen ontstaan doordat planeten elkaar door middel van zwaartekracht beïnvloeden. De radiale snelheidsmethode daarentegen meet veranderingen in de snelheid van de ster, veroorzaakt door zijn planeet.

Lees ook:

Vandaag · 17:51

Koele daken en zonnepanelen: de Londense hitte aanpakken

Adrien Leleu van de Universiteit van Genève merkte op dat de meeste systemen die met de TTV-methode worden gemeten, resonantie vertonen. Dit betekent dat de tijd die een planeet nodig heeft om rond zijn ster te draaien, een eenvoudig breukdeel is van de tijd die een andere planeet nodig heeft. Bijvoorbeeld, één planeet kan twee keer draaien terwijl een andere één keer rondgaat. Wanneer meerdere planeten dit patroon vertonen, vormen zij een resonantieketen.

Het team onderzocht of er een verband was tussen \textstrong{dichtheid en resonantie}. Om dit te ontdekken, selecteerden ze nauwkeurig planetenstelsels om eerlijkheid te waarborgen. Ze zorgden ervoor dat kleinere planeten, die moeilijker te detecteren zijn in radiële snelheidsdata, niet werden uitgesloten.

De onderzoekers hebben ontdekt dat resonante systemen altijd sub-Neptunussen met lagere dichtheid hebben, ongeacht hoe de massa wordt gemeten. Dit wijst op een directe relatie tussen resonantie en dichtheid.

Wetenschappers wijzen op een aantal redenen voor dit verband. Een belangrijke gedachte betreft hoe planetenstelsels ontstaan. Ze denken dat de meeste stelsels aanvankelijk beginnen met planeten in een resonante toestand. Maar 95% van deze stelsels wordt instabiel en verliest deze toestand. Dit leidt tot gebeurtenissen zoals botsingen. De planeten versmelten vervolgens, worden dichter en komen in stabiele banen die niet resonant zijn.

Yann Alibert van de UNIBE verduidelijkte dat computermodellen van planeetvorming dit idee ondersteunen. De modellen van zijn team tonen aan dat planeten in bepaalde banen minder dicht zijn. De studie suggereert ook dat de meeste planetenstelsels enorme botsingen hebben doorgemaakt, vergelijkbaar met of zelfs heviger dan de botsing die de Maan creëerde.

Het verschil in dichtheid tussen sub-Neptunus planeten kan worden toegeschreven aan hun resonantietoestand. Veel van deze planeten verlaten hun resonantie en worden dichter door botsingen. Dit onderzoek biedt inzicht in hoe planetaire systemen zich in de loop der tijd ontwikkelen en ondersteunt de huidige vormingstheorieën.