Avslöja mysteriet: Varför sub-Neptunus varierar i densitet och resonansens viktiga roll

StockholmDe flesta stjärnor i vår galax har planeter runt sig. De vanligaste planeterna är så kallade sub-Neptunus, som är större än jorden men mindre än Neptunus. Forskare har svårt att mäta deras densitet exakt eftersom två olika metoder ger olika resultat.

Det finns två typer av sub-neptuner baserade på deras densitet. För att bestämma deras massa, använder forskare olika metoder.

Metoderna Transit-Timing Variation (TTV) och Radialhastighetsmetoden används för att upptäcka och undersöka exoplaneter.

Planeter som mäts med hjälp av variation i transittider (TTV-metoden) är vanligtvis mindre täta, medan de som mäts med radialhastighetsmetoden verkar ha högre densitet. Denna skillnad har fått forskare att fundera över om det beror på observationsmetoderna eller planeternas faktiska fysiska egenskaper.

Forskare från NCCR PlanetS, Genève universitet och Berns universitet har nyligen tagit itu med detta problem. Deras forskning visar att skillnaden i densitet inte beror på ett mätfel, utan på fysiska orsaker.

Jean-Baptiste Delisle från UNIGE förklarade TTV-metoden. Denna metod granskar förändringar i tidpunkten när planeter passerar framför sin stjärna. Dessa tidsförskjutningar uppstår eftersom planeterna påverkar varandra genom gravitation. Radialhastighetsmetoden, däremot, mäter förändringar i stjärnans hastighet orsakade av dess planet.

Läs också:

Idag · 15:52

Förbättra korallrevens hälsa genom vattenkvalitet i städerna

Adrien Leleu från UNIGE förklarade att de flesta system som mäts med TTV-metoden visar resonans. Detta innebär att tiden det tar för en planet att kretsa runt sin stjärna är en enkel bråkdel av tiden det tar för en annan planet. Till exempel kan en planet fullborda två varv medan en annan planet rör sig ett varv. När flera planeter uppvisar detta mönster, befinner de sig i en resonanskedja.

Teamet funderade på om det fanns en koppling mellan densitet och resonans. För att ta reda på det valde de noggrant ut planetsystem på ett rättvist sätt. De såg till att inte utesluta mindre planeter bara för att dessa är svårare att upptäcka i radiell hastighetsdata.

Forskarna upptäckte att resonanta system alltid har lägre densitet sub-Neptunus, oavsett hur massan mäts. Detta indikerar en direkt koppling mellan resonans och densitet.

Forskare föreslår flera anledningar till denna koppling. En huvudidé handlar om hur planetsystem bildas. De tror att de flesta system börjar i ett resonant tillstånd tidigt. Men 95% av dessa system blir instabila och förlorar detta tillstånd. Detta leder till händelser såsom kollisioner. Planeterna smälter då samman, blir tätare och rör sig in i stabila banor som inte är resonanta.

Yann Alibert vid UNIBE påpekade att datormodeller för planetbildning också bekräftar denna teori. Hans teams modeller visar att planeter i vissa banor har lägre densitet. Studien antyder dessutom att de flesta planetsystem har genomgått stora kollisioner, liknande eller ännu våldsammare än den som skapade månen.

Skillnaden i densitet mellan sub-Neptunus-planeter beror på deras resonanstillstånd. Många av dessa planeter lämnar resonansen och blir tätare på grund av kollisioner. Denna studie hjälper oss att förstå hur planetsystem förändras över tid och stöder aktuella teorier om planetbildning.