Skaliste egzoplanety są dziwniejsze niż myśleliśmy

Nowe badanie astronomiczne sugeruje, że większość pobliskich skalistych egzoplanet jest zupełnie niepodobna do niczego w naszym Układzie Słonecznym.

Astronom z NOIRLab NSF połączył siły z geologiem z Kalifornijskiego Uniwersytetu Stanowego we Fresno, aby dokonać pierwszych szacunków rodzajów skał znalezionych na planetach krążących wokół pobliskich gwiazd. Po zbadaniu składu chemicznego „zanieczyszczonych” białych karłów doszli do wniosku, że większość skalistych planet krążących wokół pobliskich gwiazd jest bardziej zróżnicowana i egzotyczna niż wcześniej sądzono, a rodzaje skał nie występują nigdzie w naszym Układzie Słonecznym.

Astronomowie odkryli tysiące planet krążących wokół gwiazd w naszej galaktyce – znanych jako egzoplanety. Jednak trudno jest dokładnie określić, z czego zbudowane są te planety lub czy którakolwiek z nich przypomina Ziemię. Aby się tego dowiedzieć, astronom Siyi Xu z NOIRLab NSF nawiązał współpracę z geologiem Keithem Buterką z California State University we Fresno, aby zbadać atmosferę tzw. zanieczyszczających białych karłów. Są to gęste, zapadające się jądra gwiazd, które były normalne jak Słońce, zawierające dziwną materię z planet, asteroid lub innych ciał skalistych, które krążyły wokół gwiazdy, ale ostatecznie wpadły biały karzeł i „zanieczyszczeniu” jego atmosfery. Szukając pierwiastków, których nie można naturalnie znaleźć w atmosferze białego karła (nic innego niż wodór i hel), naukowcy mogą dowiedzieć się, z czego zbudowane były skaliste ciała planetarne, które spadły na gwiazdę.

Według nowych badań przeprowadzonych przez astronoma i geologa NOIRLab, skaliste egzoplanety są jeszcze dziwniejsze niż wcześniej sądzono. Badając atmosferę pozostałości gwiazd zwanych białymi karłami, para odkryła rodzaje skał, których nie ma w naszym Układzie Słonecznym. Każdy biały karzeł jest „zanieczyszczony” materią z ciał skalistych, które pierwotnie krążyły wokół niego, ale wpadły na białego karła i rozprzestrzeniły jego pierwiastki w jego atmosferze. Niektóre struktury skalne są tak rzadkie, że naukowcy musieli stworzyć nowe nazwy, aby sklasyfikować rodzaje skał, z których składały się te starożytne planety.

Buterka i Shaw przyjrzeli się 23 zanieczyszczonym białym karłom, wszystkie w promieniu 650 lat świetlnych od Słońca, podczas gdy wapń, krzem, magnez i żelazo zostały dokładnie zmierzone za pomocą Obserwatorium WM Kecka na Hawajach, Kosmicznego Teleskopu Hubble’a i innych obserwatoriów. Następnie naukowcy wykorzystali odmierzone ilości tych pierwiastków do zrekonstruowania minerałów i skał, które mogą tworzyć. Odkryli, że te białe karły mają znacznie szerszy zakres składu niż jakakolwiek z wewnętrznych planet naszego Układu Słonecznego, co wskazuje, że ich planety mają różne rodzaje skał. W rzeczywistości niektóre kompozycje są tak niezwykłe, że Butyrka i Shaw musieli stworzyć nowe nazwy (takie jak „kwarc piroksenitowy” i „donety peryklazowe”), aby sklasyfikować nowe typy skał, które musiały istnieć na tych planetach.^[1]

„Podczas gdy niektóre egzoplanety, które krążą wokół zanieczyszczonych białych karłów, wyglądają podobnie do Ziemi, większość ma typy skał, które są obce naszemu układowi słonecznemu” – powiedział Shaw. „Nie mają bezpośrednich odpowiedników w Układzie Słonecznym”.

Buterka opisuje, co te nowe typy skał mogą oznaczać dla skalistych światów, do których należą. „Niektóre rodzaje skał, które widzimy na podstawie danych dotyczących białego karła, rozpuszczają więcej wody niż skał na Ziemi i mogą wpływać na rozwój oceanów” – wyjaśnił. „Niektóre rodzaje skał mogą topić się w znacznie niższych temperaturach i tworzyć skorupę grubszą niż skała ziemska, a niektóre rodzaje skał mogą być słabsze, co może ułatwić ewolucję tektoniki płyt”.

Wcześniejsze badania skażonych białych karłów wykazały pierwiastki z ciał skalistych, w tym wapń, aluminium i lit. Butyrka i Shaw wyjaśnili jednak, że są to drobne pierwiastki (które zwykle stanowią niewielką część ziemskiej skały) i pomiary głównych pierwiastków (które stanowią dużą część ziemskiej skały), zwłaszcza krzemu, są niezbędne do poznania prawdy. Jakie skały były na tych planetach.

Ponadto Butyrka i Shaw poinformowali, że wysoki poziom magnezu i niski poziom krzemu mierzony w atmosferze białych karłów wskazuje, że wykryte skaliste szczątki prawdopodobnie pochodziły z wewnętrznych części planet – z płaszcza, a nie z ich skorupy. Niektóre wcześniejsze badania zanieczyszczonych białych karłów wykazały oznaki skorupy kontynentalnej na planetach skalistych, które kiedyś krążyły wokół tych gwiazd, ale Butyrka i Shaw nie znaleźli dowodów na istnienie skał skorupowych. Obserwacje nie wykluczają jednak całkowicie, że planety mają skorupę kontynentalną lub inne rodzaje skorupy. „Uważamy, że jeśli istnieją skały skorupy ziemskiej, nie jesteśmy w stanie ich zobaczyć, być może dlatego, że występują w bardzo małym ułamku w porównaniu z masami innych składników planety, takich jak jądro i płaszcz, które należy zmierzyć” – Buterka stwierdził.

Według Xu połączenie astronoma i geologa było kluczem do odkrycia tajemnic ukrytych w zanieczyszczonej atmosferze białego karła. „Poznałem Keitha Buterkę na konferencji i byłem podekscytowany, że może pomóc mi zrozumieć systemy, które obserwowałem. Uczył mnie geologii, astronomii i odkrył, jak zrozumieć te tajemnicze układy egzoplanet”.

Wyniki tej pary zostały opublikowane w numerze 2 listopada 2021 r Komunikacja przyrodnicza.

Uwagi

1. Metody klasyfikowania „zwykłych” lub obecnych skał opierają się na fakcie, że oliwin i ortopiroksen są dominującymi minerałami w płaszczu Ziemi (i płaszczach innych planet skalistych w naszym Układzie Słonecznym). Jednak w przypadku wielu egzoplanet oliwin może być nieobecny, a kwarc lub ortopiroksen mogą być nieobecne, a peryklaza może być obecna, dlatego opracowano nową nomenklaturę taksonomiczną. Nowe klasyfikacje typów skał zaproponowane przez Buterkę i Shawa obejmują: „kwarc piroksenowy”, który zawiera ponad 10% każdego z ortopiroksenu, klenopiroksenu i kwarcu; „Kwarc ortoproksenitowy”, zawierający więcej niż 10% ortopiroksenu i kwarcu oraz mniej niż 10% klinoproksenu; „Priclas Donut”, zawierający więcej niż 10% prklazy i oliwinu oraz mniej niż 10% klinopiroksenu; „Periclase Whirlet”, który zawiera ponad 10% peryklazy, oliwinu i klinoproksenu; oraz „Klinoproksenat peryklazy”, który zawiera mniej niż 10% olefin i więcej niż 10% pirycylazy i klinoproksenu.

Odniesienie: „Skażone białe karły ujawniają egzotyczne gatunki skalne na egzoplanetach w naszym regionie słonecznym” Keith de Buterca i Si Shu, 2 listopada 2021 r. Komunikacja przyrodnicza.
DOI: 10.1038 / s41467-021-26403-8