En stjärna cirka 100 ljusår bort i konstellationen Fiskarna, GJ 9827, är värd för vad som kan vara en av de mest massiva och täta superjordplaneterna som hittills upptäckts enligt ny forskning ledd av Carnegies Johanna Teske. Denna nya information ger bevis för att hjälpa astronomer att bättre förstå processen genom vilken sådana planeter bildas.

GJ 9827-stjärnan är faktiskt värd för en trio av planeter, upptäckt av NASA:s exoplanetjakt Kepler/K2-uppdrag, och alla tre är något större än jorden. Detta är storleken som Kepler-uppdraget fastställde vara vanligast i galaxen med perioder mellan några och flera hundra dagar.

Intressant nog, inga planeter av denna storlek finns i vårt solsystem. Detta gör forskare nyfikna på de förhållanden under vilka de bildas och utvecklas.

En viktig nyckel för att förstå en planets historia är att bestämma dess sammansättning. Är dessa superjordar steniga som vår egen planet? Eller har de solida kärnor omgivna av stora, gasiga atmosfärer?

För att försöka förstå vad en exoplanet är gjord av, forskare måste mäta både dess massa och dess radie, vilket gör att de kan bestämma dess bulkdensitet.

När man kvantifierar planeter på detta sätt, astronomer har noterat en trend. Det visar sig att planeter med radier större än cirka 1,7 gånger jordens har ett gashölje, som Neptunus, och de med radier mindre än detta är steniga, som vår hemplanet.

Vissa forskare har föreslagit att denna skillnad orsakas av fotoevaporation, som berövar planeter från sitt omgivande hölje av så kallade flyktiga ämnen – ämnen som vatten och koldioxid som har låga kokpunkter – vilket skapar planeter med mindre radie. Men mer information behövs för att verkligen testa denna teori.

Det är därför GJ 9827s tre planeter är speciella – med radier på 1,64 (planet b), 1,29 (planet c) och 2,08 (planet d), de spänner över denna skiljelinje mellan superjorden (steniga) och sub-Neptunus (något gasiga) planeter.

Lyckligtvis, team av Carnegie-forskare inklusive medförfattarna Steve Shectman, Sharon Wang, Paul Butler, Jeff Crane, och Ian Thompson, har övervakat GJ 9827 med sin Planet Finding Spectrograph (PFS), så de kunde begränsa massorna av de tre planeterna med data i handen, snarare än att behöva klättra för att få många nya observationer av GJ 9827.

"Vanligtvis, om en transitplanet upptäcks, det tar månader om inte ett år eller mer att samla tillräckligt med observationer för att mäta dess massa, " Teske förklarade. "Eftersom GJ 9827 är en ljus stjärna, vi råkade ha det i katalogen över stjärnor som Carnegies astronomer har övervakat för planeter sedan 2010. Detta var unikt för PFS."

Spektrografen utvecklades av Carnegie-forskare och monterades på Magellan Clay-teleskopen vid Carnegies Las Campanas-observatorium.

PFS-observationerna indikerar att planet b är ungefär åtta gånger jordens massa, vilket skulle göra det till en av de mest massiva och täta superjordarna som hittills upptäckts. Massorna för planet c och planet d uppskattas vara ungefär två och en halv respektive fyra gånger jordens, även om osäkerheten i dessa två bestämningar är mycket stor.

Denna information tyder på att planet d har ett betydande flyktigt hölje, och lämnar frågan öppen om planet c har ett flyktigt hölje eller inte. Men den bättre begränsningen för massan av planet b antyder att det är ungefär 50 procent järn.

"Fler observationer behövs för att fastställa sammansättningen av dessa tre planeter, " sa Wang. "Men de verkar vara några av de bästa kandidaterna för att testa våra idéer om hur superjordar bildas och utvecklas, potentiellt använda NASA:s kommande James Webb rymdteleskop."