Ny studie: Förklarar varför sub-Neptunernas densitet varierar genom deras omloppsbanor och tidigare kollisioner.

StockholmMånga stjärnor i vår galax har planeter kring sig. De vanligaste planeterna kallas sub-Neptuner, vilka är större än Jorden men mindre än Neptunus. Det är svårt att bestämma deras densitet. Forskare använder två metoder för att mäta deras massa: TTV-metoden (Transit-Timing Variation) och radialhastighetsmetoden. De har märkt att dessa metoder ger olika resultat för densiteten.

Forskare från NCCR PlanetS, Universitetet i Genève och Universitetet i Bern genomförde en studie som publicerades i tidskriften Astronomy & Astrophysics.

Här är en sammanfattning av deras huvudsakliga resultat:

Forskning visar att det finns två typer av sub-Neptunus-planeter: täta och mindre täta. När deras densitet mäts, ger transiteringstidvariationer (TTV) ofta lägre densitetsvärden jämfört med radialhastighetsmetoden. Dessutom visar det sig ofta att system som mäts med TTV befinner sig i orbital resonans.

Exoplaneter som är mellan Jordens storlek (cirka 6 400 km i radie) och Neptunus (cirka 25 000 km i radie) kallas sub-Neptunus. Ungefär 30 % till 50 % av stjärnor som liknar vår sol har minst en sub-Neptunus. För att beräkna deras densitet fastställer forskare deras massa och storlek. En metod, kallad TTV, följer förändringar i den tid planeter passerar framför sin stjärna på grund av gravitationella drag från andra planeter. En annan metod, kallad radiell hastighet, mäter förändringar i stjärnans hastighet orsakade av kretsande planeter.

Ett forskarteam från NCCR PlanetS, UNIGE och UNIBE undersökte detta problem och upptäckte att skillnaden beror på fysiska orsaker, inte fördomar. De fann att system som mäts med TTV-metoden ofta har planeter i resonans, vilket betyder att förhållandet mellan deras omloppstider är en enkel bråkdel. Till exempel kan en planet kretsa två gånger runt stjärnan medan en annan kretsar en gång. Flera resonanta planeter kan skapa ett mönster som kallas Laplace-resonanser.

Läs också:

Igår · 23:37

Torka hotar sångfåglarnas överlevnad under flyttningen

Adrien Leleu, en medförfattare till studien, påpekade att det kunde finnas ett samband mellan en planets densitet och dess omloppsmönster. För att bekräfta detta behöver forskarna undvika partiskhet i sina data. Större och lättare planeter tar längre tid att upptäcka med hjälp av radialhastighetsmetoder. Denna fördröjning innebär att sådana planeter kan förbises och därmed inte analyseras eftersom deras massa är okänd. Detta kan snedvrida forskningen och visa en preferens för att upptäcka högre massor och tätare planeter med radialhastighetstekniker.

Efter att ha rengjort data körde forskarna statistiska tester. De upptäckte att sub-Neptunusplaneter i system med orbitalresonanser har lägre densitet än de i system utan orbitalresonanser, oavsett hur deras massa mäts.

Studien föreslår flera skäl till denna koppling. En huvudidé handlar om hur planetsystem bildas. Inledningsvis kan alla system bildas i ett tillstånd där planeternas banor är sammankopplade. Men bara 5% av dessa system förblir stabila över tid. Resten blir instabila, vilket leder till kollisioner mellan planeterna. Dessa kollisioner får planeterna att smälta samman och bli tätare. Efter sammanslagningen stabiliserar sig planeterna i nya, icke-sammankopplade banor.

Yann Alibert från UNIBE nämnde att datormodeller av hur planeter bildas och förändras över tid visar att planeter i resonans tenderar att ha lägre densitet. Studien visar även att de flesta planetsystem har genomgått stora kollisioner, som liknar den kollision som skapade vår Måne, men ofta är ännu mer intensiva.

Forskningen visar varför sub-Neptunusplaneter har olika densiteter. Denna nya information förbättrar vår förståelse av hur planetsystem bildas och utvecklas över tid.