Forskare vid universiteten i Zürich och Cambridge har upptäckt en ny, exotisk klass av planeter utanför vårt solsystem. Dessa så kallade superjordar bildades vid höga temperaturer nära sin värdstjärna och innehåller stora mängder kalcium, aluminium och deras oxider – inklusive safir och rubin.

Tjugoett ljusår bort från jorden i stjärnbilden Cassiopeia, en planet kretsar runt sin stjärna med en omloppstid på bara tre dagar. Dess namn är HD219134 b. Det är en så kallad "superjord, " med en massa nästan fem gånger jordens. Till skillnad från jorden, den har troligen inte en massiv kärna av järn, men är rik på kalcium och aluminium.

"Kanske det skimrar rött till blått som rubiner och safirer, eftersom dessa ädelstenar är aluminiumoxider som är vanliga på exoplaneten, säger Caroline Dorn, astrofysiker vid Institutet för beräkningsvetenskap vid universitetet i Zürich. HD219134 b är en av tre kandidater som sannolikt kommer att tillhöra en ny, exotisk klass av exoplaneter, som Caroline Dorn och hennes kollegor vid universiteten i Zürich och Cambridge nu rapporterar i den brittiska tidskriften MNRAS .

Forskarna studerar bildningen av planeter med hjälp av teoretiska modeller och jämför deras resultat med data från observationer. Det är känt att under deras bildande, stjärnor som solen var omgivna av en skiva av gas och damm där planeter föddes. Steniga planeter som jorden bildades av de fasta kropparna som blev över när den proto-planetära gasskivan spreds. Dessa byggstenar kondenserade ut ur nebulosgasen när skivan kyldes. "I vanliga fall, dessa byggstenar bildas i regioner där stenbildande element som järn, magnesium och kisel har kondenserats, " förklarar Dorn som är associerad med NCCR-planeterna. De resulterande planeterna har en jordliknande sammansättning med en järnkärna. De flesta av superjordarna som är kända hittills har bildats i sådana regioner.

Sammansättningen av superjordar är mer varierande än förväntat

Men det finns också områden nära stjärnan där det är mycket varmare. "Där, många grundämnen är fortfarande i gasfasen, och de planetariska byggstenarna har en helt annan sammansättning, säger astrofysikern.

Med sina modeller, forskargruppen beräknade hur en planet som bildas i ett så varmt område skulle se ut. Deras resultat:Kalcium och aluminium är huvudbeståndsdelarna vid sidan av magnesium och kisel, och det finns knappt något järn. "Det är därför sådana planeter inte kan, till exempel, har ett magnetfält som jorden, " säger Dorn. Och eftersom den inre strukturen är så annorlunda, deras kylningsbeteende och atmosfärer kommer också att skilja sig från normala superjordar. Teamet talar därför om en ny, exotisk klass av superjordar bildade av högtemperaturkondensat.

"Det som är spännande är att dessa objekt är helt annorlunda än de flesta jordliknande planeter, säger Dorn, "om de faktiskt finns." Sannolikheten är stor, som astrofysikerna förklarar i sin uppsats. "I våra beräkningar, vi fann att dessa planeter har 10 till 20 procent lägre densitet än jorden."

Andra exoplaneter med liknande låg densitet analyserades också av teamet. "Vi tittade på olika scenarier för att förklara de observerade tätheterna, säger Dorn. Till exempel, en tjock atmosfär kan leda till en lägre total densitet. Men två av exoplaneterna som studerades, 55 Cancri e och WASP-47 e, kretsar så nära sin stjärna att deras yttemperatur är nästan 3000 grader och de skulle ha förlorat detta gashölje för länge sedan.

"På HD219134 b, det är mindre varmt, och situationen är mer komplicerad, " förklarar Dorn. Vid första anblicken, den lägre tätheten kunde också förklaras av djupa hav. Men en andra planet som kretsar runt stjärnan lite längre ut gör detta scenario osannolikt. En jämförelse av de två objekten visade att den inre planeten inte kan innehålla mer vatten eller gas än den yttre. Det är fortfarande oklart om magmahaven kan bidra till den lägre tätheten.

"Så vi har hittat tre kandidater som tillhör en ny klass av superjordar med denna exotiska komposition, " säger Dorn. Forskarna korrigerar också en tidigare bild av superjorden 55 Cancri e, som hade skapat rubriker 2012 som "diamanten i himlen". Forskare hade tidigare antagit att planeten till stor del bestod av kol, men var tvungen att överge denna teori på grundval av efterföljande observationer. "Vi förvandlar den förmodade diamantplaneten till en safirplanet, " skrattar Dorn.