Wissenschaftler haben eine neue Theorie zur Entstehung von Gesteinsplaneten entwickelt, die den Ursprung der sogenannten „Super-Erden“ erklären kann. Das ist Klasse Exoplaneten, die um ein Vielfaches massiver sind als die Erde und die häufigste Art von Planeten in der Galaxie sind. Es erklärt auch, warum "Supererden" innerhalb desselben Planetensystems oft überraschend ähnlich groß aussehen, als ob jedes System nur einen Planetentyp produzieren könnte.
„Unsere Beobachtungen von Exoplaneten haben in den letzten zehn Jahren zugenommen, und es ist deutlich geworden, dass die Standardtheorie der Planetenentstehung überarbeitet werden muss. Wir brauchen eine Theorie, die gleichzeitig die Entstehung terrestrischer Planeten in unserem Sonnensystem sowie den Ursprung ähnlicher Systeme von Supererden erklären kann, von denen viele eine felsige Zusammensetzung haben“, sagen die Wissenschaftler.
Planetensysteme beginnen ihren Lebenszyklus als große Gas- und Staubscheiben, die sich im Laufe von etwa einigen Millionen Jahren verdichten. Das meiste Gas wird im Stern im Zentrum des Systems angesammelt, während festes Material langsam zu Asteroiden, Kometen, Planeten und Monden zusammenfließt.
Es gibt zwei Arten von Planeten im Sonnensystem: kleinere Gesteinsplaneten, die näher beieinander liegen Die Sonne, und wasser- und wasserstoffreiche Gasriesen, die weiter von der Sonne entfernt sind. Diese Trennung ließ Wissenschaftler bisher vermuten, dass die Entstehung der Planeten im Sonnensystem in zwei verschiedenen Ringen stattfand protoplanetare Scheibe: der innere, wo sich kleine felsige Planeten gebildet haben, und der äußere – für massivere Eisplaneten.
Super-Erden sind massiver als die Erde. Einige von ihnen haben sogar eine Wasserstoffatmosphäre, was sie fast zu Gasriesen macht. Außerdem findet man sie oft in Umlaufbahnen in der Nähe ihrer Sterne, was darauf hindeutet, dass sie von weiter entfernten Punkten zu ihrem aktuellen Standort gewandert sind. Die Wissenschaftler bauten ein Modell, das „die Massen und Umlaufbahnen von Supererden erklären könnte, aber voraussagte, dass sie reich an Wasser sind. Jüngste Beobachtungen haben jedoch gezeigt, dass die meisten Supererden wie die Erde felsig sind, selbst wenn sie von einer Wasserstoffatmosphäre umgeben sind. Das Modell entsprach also nicht der Realität.
Wissenschaftler untersuchten diese Exoplaneten und machten eine ungewöhnliche Entdeckung – obwohl es eine Vielzahl von Arten von Supererden gibt, neigen alle innerhalb desselben Planetensystems dazu, in Umlaufbahnentfernung, Größe, Masse und anderen Schlüsselmerkmalen ähnlich zu sein. "Im Grunde haben Sie eine Planetenfabrik, die nur weiß, wie man Planeten mit der gleichen Masse herstellt", sagen die Forscher.
Welcher einzelne Prozess könnte also die felsigen Planeten in unserem Sonnensystem sowie die homogenen Systeme felsiger Supererden hervorgebracht haben? Die Antwort könnte in der Theorie der Bildung der vier größten Satelliten liegen Jupiter (Io, Europa, Ganymed und Callisto). Wissenschaftler glauben, dass, wenn kosmische Staubpartikel innerhalb eines bestimmten Größenbereichs liegen, sich die Kraft, die sie in Richtung Jupiter zieht, und die Kraft, die sie im äußeren Gasstrom trägt, gegenseitig aufheben. Dieses Kräftegleichgewicht schuf einen Materialring, der die starken Bausteine für die nachfolgende Bildung von Satelliten bildete. Die Theorie legt ferner nahe, dass die Körper im Ring wachsen, bis sie groß genug sind, um zu entkommen, und dann aufhören zu wachsen.
Wissenschaftler gehen also davon aus, dass der Entstehungsmechanismus von Planeten um Sterne weitgehend gleich ist. Im planetarischen Fall tritt eine große Konzentration von hartem Gesteinsmaterial in einem schmalen Band der Scheibe auf, wo die Partikel zu einem harten, felsigen Kiesel kondensieren. Die neue Theorie identifiziert das Band als den wahrscheinlichen Ort einer „Planetenfabrik“, die schließlich mehrere Gesteinsplaneten derselben Größe erschaffen könnte, und wird durch Computersimulationen gestützt.
Die neue Theorie kann verschiedene Arten von Planetensystemen aus einem einzigen Blickwinkel erklären. Wenn der Gesteinsring eine große Masse enthält, wachsen die Planeten, bis sie sich vom Ring entfernen, was zu einem System ähnlicher Supererden führt. Enthält der Ring wenig Masse, dann entsteht ein System, das den terrestrischen Planeten unseres Sonnensystems viel ähnlicher ist.
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