Rotsachtige exoplaneten zijn nog vreemder dan gedacht

Astronomen hebben duizenden exoplaneten ontdekt die rond sterren cirkelen in de Melkweg, ons sterrenstelsel. Het is echter moeilijk om te achterhalen waarvan die planeten precies gemaakt zijn, en of er tussen zitten die op de aarde lijken. 

Om de eerste schattingen te kunnen maken van de soorten gesteente die op exoplaneten te vinden zijn, besloten astronoom Siyi Xu van het NOIRLab van de Amerikaanse National Science Foundation en geoloog Keith Putirka van de California State University in Fresno samen te werken om de atmosfeer te bestuderen van sterren die vervuilde witte dwergen genoemd worden.  

Dat zijn de dichte, ingestorte kernen van wat ooit normale sterren als de zon waren, en die bevatten materiaal van planeten, asteroïden en andere rotsachtige lichamen die ooit een baan rond de ster beschreven hebben maar uiteindelijk in de witte dwerg gevallen zijn en daarbij zijn atmosfeer 'vervuild' hebben. 

Door te kijken naar elementen die van nature niet zouden voorkomen in de atmosfeer van een witte dwerg - alles buiten waterstof en helium -, kunnen wetenschappers te weten komen waaruit de rotsachtige planetaire objecten gemaakt waren die in de ster gevallen zijn. 

Een korte video in het Engels van NOIRLabAstro over het onderzoek.

Putirka en Xu keken naar 23 vervuilde witte dwergen in onze buurt, allemaal binnen een afstand van zo'n 650 lichtjaar van de zon, waar eerder de hoeveelheden calcium, silicium, magnesium en ijzer precies gemeten waren met het W.M. Keck Observatory op Hawaiï, de Hubble ruimtetelescoop en andere observatoria.

Ze gebruikten de gemeten hoeveelheden van die elementen om de mineralen en gesteenten te reconstrueren die er uit gevormd zouden worden.

 Ze ontdekten bij de witte dwergen een veel breder gamma aan samenstellingen dan bij al de binnenste,  rotsachtige planeten in ons zonnestelsel, wat doet veronderstellen dat hun planeten een grotere verscheidenheid aan gesteentetypes kenden. 

Het was zelfs zo dat een aantal van de samenstellingen zo ongewoon waren dat Putirka en Xu nieuwe namen moesten bedenken, zoals kwarts-pyroxenieten en periklaas-dunieten, om de nieuwe types gesteente te kunnen klassificeren die bestaan moeten hebben op die planeten. 

"Hoewel sommige exoplaneten die ooit rond de vervuilde witte dwergen moeten gecirkeld hebben, op de aarde lijken, hebben de meeste ervan gesteentetypes die voor ons zonnestelsel exotisch lijken", zei Xu. "Ze hebben geen directe tegenhanger in het zonnestelsel."

Putirka beschreef wat deze nieuwe types zouden kunnen betekenen voor de rotsachtige werelden waartoe ze behoren. 

"Sommige types van gesteente die we zien in de gegevens van de witte dwergen, zouden meer water ontbinden dan gesteenten op aarde, en ze zouden een impact kunnen hebben op hoe oceanen zich ontwikkelen", zei hij. "Sommige types zouden op veel lagere temperaturen kunnen smelten en een dikkere korst kunnen produceren dan aardse gesteenten, en sommige gesteentetypes zouden zwakker kunnen zijn, wat de ontwikkeling van platentektoniek zou vergemakkelijken."  

Eerdere studies van vervuilde witte dwergen hebben elementen gevonden van rotsachtige lichamen, onder meer calcium, aluminium en lithium. Putirka en Xu zeggen echter dat dat secundaire elementen zijn (die doorgaans slechts een klein deel uitmaken van een aardse gesteenten) en dat we metingen van de belangrijkste elementen (die een groot deel uitmaken van een aardse gesteenten), vooral van silicium, nodig hebben om echt te weten te komen welke soorten gesteenten bestaan zouden hebben op die planeten. 

Daarnaast stellen Putirka en Xu dat de hoge magnesiumniveaus en de lage niveaus aan silicium die gemeten worden in de atmosfeer van de witte dwergen, doen veronderstellen dat het rotsachtig puin waarschijnlijk afkomstig is van het binnenste van de planeten - van de mantel en niet van de korst. 

Een aantal eerdere studies van vervuilde witte dwergen hadden aanwijzingen gemeld dat er een continentale korst of lithosfeer aanwezig was op de rotsachtige planeten die ooit in een baan rond die sterren bewogen, maar Piturka en Xu vonden geen aanwijzingen voor gesteenten uit de korst. 

Hun waarnemingen sluiten echter niet uit dat de planeten een continentale korst hadden of een ander type van korst. "We denken dat als continentale korst bestaat, we niet in staat zijn haar te zien, waarschijnlijk omdat ze een te klein aandeel vormt tegenover de massa van de andere bestanddelen van de planeet, zoals de mantel en de kern, om gemeten te kunnen worden", zei Putirka. 

Volgens Xu bleek het samengaan van een astronoom en een geoloog de sleutel tot het ontsluieren van de geheimen die verborgen zitten in de atmosfeer van vervuilde witte dwergen. "Ik heb Keith Putirka ontmoet op een conferentie en ik was opgewonden dat hij me kon helpen om de systemen te begrijpen die ik aan het observeren was. Hij leerde me geologie en ik leerde hem astronomie, en we kwamen er achter hoe we deze mysterieuze exoplanetaire systemen konden doorgronden."

De studie van Piturka en Xu is gepubliceerd in Nature Communications. Dit artikel is gebaseerd op een persmededeling van NOIRLab.