Exoplanetele stâncoase sunt mai ciudate decât am crezut

Un nou studiu în astronomie sugerează că cele mai multe exoplanete stâncoase din apropiere nu seamănă cu nimic în sistemul nostru solar.

Un astronom de la NOIRLab al NSF a făcut echipă cu un geolog de la Universitatea de Stat din California, Fresno, pentru a face primele estimări ale tipurilor de roci găsite pe planetele care orbitează stelele din apropiere. După ce au studiat compoziția chimică a piticelor albe „poluate”, ei au ajuns la concluzia că majoritatea planetelor stâncoase care orbitează în jurul stelelor din apropiere sunt mai diverse și mai exotice decât se credea anterior, cu tipuri de roci găsite nicăieri în sistemul nostru solar.

Astronomii au descoperit mii de planete care orbitează în jurul stelelor din galaxia noastră – cunoscute sub numele de exoplanete. Cu toate acestea, este dificil de știut exact din ce sunt făcute aceste planete sau dacă vreuna dintre ele seamănă cu Pământul. În efortul de a afla, astronomul Siyi Xu de la NOIRLab al NSF a colaborat cu geologul Keith Buterka de la Universitatea de Stat din California, Fresno, pentru a studia atmosfera a ceea ce sunt cunoscute sub numele de pitice albe poluante. Acestea sunt nucleele dense, care se prăbușesc de stele, care erau normale ca Soarele, care conțin material ciudat de la planete, asteroizi sau alte corpuri stâncoase care au orbit în jurul stelei, dar au căzut în cele din urmă în pitic alb și „poluează” atmosfera acesteia. Căutând elemente care nu pot fi găsite în mod natural în atmosfera piticii albe (altul decât hidrogen și heliu), oamenii de știință își pot da seama din ce au fost făcute corpurile planetare stâncoase care au căzut în stea.

Potrivit noilor cercetări ale astronomului și geologului NOIRLab, exoplanetele stâncoase sunt chiar mai ciudate decât se credea anterior. Studiind atmosfera resturilor de stele numite pitice albe, perechea a descoperit tipuri de roci care nu se găsesc în sistemul nostru solar. Fiecare pitică albă este „contaminată” cu material din corpurile stâncoase care au orbit inițial, dar au căzut în pitica albă și și-au răspândit elementele prin atmosfera sa. Unele structuri de roci sunt atât de rare, încât oamenii de știință au fost nevoiți să creeze noi nume pentru a clasifica tipurile de roci care alcătuiau aceste planete antice.

Buterka și Shaw s-au uitat la 23 de pitice albe contaminate, toate la 650 de ani lumină de soare, deoarece calciul, siliciul, magneziul și fierul au fost măsurate cu precizie folosind Observatorul WM Keck din Hawaii, Telescopul Spațial Hubble și alte observatoare. Apoi, oamenii de știință au folosit cantități măsurate din acele elemente pentru a reconstrui mineralele și rocile pe care le-ar putea forma. Ei au descoperit că aceste pitice albe au o gamă mult mai largă de compoziții decât oricare dintre planetele interioare din sistemul nostru solar, ceea ce indică faptul că planetele lor au o varietate de tipuri de roci. De fapt, unele dintre compoziții sunt atât de neobișnuite încât Butyrka și Shaw au fost nevoiți să creeze noi nume (cum ar fi „piroxenit quartz” și „Periclase donets”) pentru a clasifica noile tipuri de roci care trebuie să fi existat pe acele planete.^[1]

„În timp ce unele exoplanete care au orbit în jurul piticelor albe poluate arată similar cu Pământul, majoritatea au tipuri de roci care sunt străine sistemului nostru solar”, a spus Shaw. „Nu au omologi directe în sistemul solar”.

Buterka descrie ce ar putea însemna aceste noi tipuri de roci pentru lumile stâncoase cărora le aparțin. „Unele tipuri de roci pe care le vedem din datele despre pitica albă vor dizolva mai multă apă decât rocile de pe Pământ și pot afecta modul în care se dezvoltă oceanele”, a explicat el. „Unele tipuri de rocă se pot topi la temperaturi mult mai scăzute și produc o crustă mai groasă decât roca Pământului, iar unele tipuri de rocă pot fi mai slabe, ceea ce poate facilita evoluția plăcilor tectonice”.

Studiile anterioare ale piticelor albe contaminate au descoperit elemente din corpurile stâncoase, inclusiv calciu, aluminiu și litiu. Cu toate acestea, Butyrka și Shaw au explicat că acestea sunt elemente minore (care formează de obicei o mică parte din roca Pământului) și măsurătorile elementelor majore (care alcătuiesc o mare parte din roca Pământului), în special siliciul, sunt necesare pentru a cunoaște adevărul. Ce fel de roci erau pe acele planete.

În plus, Butyrka și Shaw au raportat că nivelurile ridicate de magneziu și nivelurile scăzute de siliciu măsurate în atmosfera piticelor albe indică faptul că resturile stâncoase detectate probabil provin din părțile interioare ale planetelor – din manta, mai degrabă decât din crusta lor. Unele studii anterioare ale piticelor albe poluate au raportat semne de crustă continentală pe planetele stâncoase care odată orbitau în jurul acelor stele, dar Butyrka și Shaw nu au găsit nicio dovadă a rocii crustale. Cu toate acestea, observațiile nu exclud complet faptul că planetele au crustă continentală sau alte tipuri de crustă. „Credem că, dacă sunt prezente roci de crustă, nu putem să le vedem, poate pentru că apar la o fracțiune foarte mică în comparație cu masa altor componente planetare, cum ar fi miezul și mantaua, care trebuie măsurate”, a spus Buterka. stabilit.

Potrivit lui Xu, împerecherea dintre un astronom și un geolog a fost cheia dezvăluirii secretelor ascunse în atmosfera poluată a piticii albe. „L-am întâlnit pe Keith Buterka la o conferință și am fost încântat că mă poate ajuta să înțeleg sistemele pe care le observ. El m-a învățat geologia, m-a învățat astronomia și și-a dat seama cum să înțeleg aceste misterioase sisteme de exoplanete.”

Rezultatele perechii au fost publicate în numărul din 2 noiembrie 2021 al Comunicarea naturii.

Note

1. Metodele de clasificare a rocilor „obișnuite” sau actuale se bazează pe faptul că olivina și ortopiroxenul sunt mineralele predominante în mantaua Pământului (și în mantaua altor planete stâncoase din Sistemul nostru Solar). Cu toate acestea, pentru multe exoplanete, olivina poate fi absentă și cuarțul poate fi prezent sau ortopiroxenul poate fi absent și periclaza prezentă și astfel a fost dezvoltată o nouă nomenclatură taxonomică. Noile clasificări ale tipului de rocă propuse de Buterka și Shaw includ: „cuart piroxen”, care conține mai mult de 10% fiecare ortopiroxen, clenopiroxen și cuarț; „Cuarț ortoproxenit”, care conține mai mult de 10% ortopiroxen și cuarț și mai puțin de 10% clinoproxen; „Priclase Donut”, care conține mai mult de 10% fiecare priclază și olivină și mai puțin de 10% clinopiroxen; „Periclase whirlet”, care conține mai mult de 10% fiecare periclază, olivină și clinoproxen; și „Periclază clinoproxenat”, care conține mai puțin de 10% olefină și mai mult de 10% fiecare din piricilază și clinoproxen.

Referință: „Piticile albe contaminate dezvăluie specii exotice de roci pe exoplanete din regiunea noastră solară” de Keith de Buterca și Si Shu, 2 noiembrie 2021, Comunicarea naturii.
DOI: 10.1038 / s41467-021-26403-8