Astronomen identificeren vier klassen van planeetsystemen

18 februari 2023 kuuke 423 weergaves astronomie, explaneten, planeetsystemen, zonnestelsel

Dr. Lokesh Mischra en zijn collega’s van de universiteit van Bern en de sterrenwacht van Genève stellen voor om op basis van hun architectuur vier verschillende planeetsystemen te onderscheiden: vergelijkbaar, gemengd, anti-geordend en geordend.

De vier verschillende planeetsystemen — Een artist impressie van de vier klassen van planeetsystemen. Credit: Tobias Stierli / NCCR PlanetS.

Meer dan 10 jaar geleden merkten astronomen op basis van waarnemingen gedaan met de Kepler Space Telescope van de NASA op dat planeten in andere systemen meestal lijken op hun respectievelijke buren in grootte en massa – als erwten in een peul. Maar lange tijd was het onduidelijk of deze bevinding te wijten was aan de beperkingen van de waarneemmethodes.

Het was niet mogelijk om te bepalen of planeten in een individueel systeem voldoende op elkaar lekken om in de klasse van de “erwten in een peul”-groep te vallen of dat ze nogal verschillend waren, net zoals in ons eigen zonnestelsel.

In hun onderzoek probeerden Dr. Mischra en zijn coauteurs een raamwerk te ontwikkelen om de verschillen en overeenkomsten tussen planeten van dezelfde systemen te bepalen. En daarbij ontdekten ze dat er niet twee maar vier van dergelijke systeemarchitecturen zijn. Ze noemen deze klassen “vergelijkbaar”, “geordend”, “anti-geordend” en “gemengd”.

Planetaire systemen waarin de massa’s van naburige planeten op elkaar lijken hebben een vergelijkbare architectuur. Geordende planetaire systemen zijn die waarin de massa van de planeten de neiging heeft toe te nemen met de afstand tot de ster, net zoals in het zonnestelsel. Als daarentegen de massa van de planeten ruwweg afneemt met de afstand tot de ster spreken we van een anti-geordende architectuur van het systeem. En gemende architecturen komen voor wanneer de planetaire massa’s in een systeem sterk variëren van planeet tot planeet.

Dit raamwerk kan ook worden toegepast op andere metingen zoals straal. Dichtheid of waterfracties. Astronomen hebben nu voor het eerst een hulpmiddel om planetaire systemen als geheel te bestuderen en te vergelijken met andere systemen.

De resultaten van het onderzoek laten zien dat “soortgelijke” planetaire systemen het meest voorkomende type architectuur zijn. Ongeveer acht van de tien planetaire systemen rond sterren die zichtbaar zijn aan de nachtelijke sterrenhemel hebben een vergelijkbare architectuur. Dit verklaart ook waarom bewijs van deze architectuur werd gevonden in de eerste paar maanden van de Kepler-missie.

Wat het team verraste was dat de “geordende architectuur” waartoe ook ons zonnestelsel behoort, de zeldzaamste klasse lijkt te zijn. Er zijn aanwijzingen dat zowel de massa van de gas- en stofschijf waaruit de planeten tevoorschijn komen, als de hoeveelheid zware elementen in de betreffende ster een rol spelen.

Uit vrij kleine schijven met een lage massa en sterren met weinig zware elementen ontstaan “soortgelijke” planetaire systemen. Grote, massieve schijven met veel zware elementen in de ster leiden tot meer geordende en anti-geordende systemen.

Gemengde systemen ontstaan uit middelgrote schijven. Dynamische interacties tussen planeten – zowel botsingen of uitstoten – beïnvloeden de uiteindelijke architectuur.

Een opmerkelijk aspect van deze resultaten is dat het de beginvoorwaarden van planetaire en stellaire vorming koppelt aan een meetbare eigenschap: de systeemarchitectuur,

Tussen hen in ligt miljarden jaren van evolutie. Voor het eerst zijn astronomen erin geslaagd om deze enorme kloof in de tijd te overbruggen en toetsbare voorspellingen te doen. Het wordt spannend om te zien of ze het volhouden.

Het onderzoek is beschreven in twee artikelen die in het tijdschrift Astronomy & Astrophysics zijn verschenen.

Artikelen: