Astronomer har hittat nya bevis för betydande planetarisk mångfald inom ett enda exoplanetsystem, vilket tyder på att gigantiska höghastighetskollisioner är delvis ansvariga för planetarisk utveckling.

Ett internationellt team av forskare ledda av Italiens nationella institut för astrofysik (INAF) och involverade fysiker från University of Bristol tillbringade tre år med att observera det exoplanetära systemet Kepler-107 via Telescopio Nazionale Galileo i La Palma.

De samlade in mer än hundra spektroskopiska mätningar av alla fyra sub-Neptunus massplaneter i Kepler-107 – uppkallad efter NASA Kepler rymdteleskop som upptäckte det exoplanetära systemet för fem år sedan. Till skillnad från jordens förhållande till solen, planeterna i Kelper-107-systemet är mycket närmare varandra och deras värdstjärna (deras motsvarighet till vår sol). Alla planeter har en omloppsperiod på dagar i motsats till år.

Det är inte ovanligt att planeten som ligger närmast värdstjärnan är tätast på grund av uppvärmning och interaktion med värdstjärnan som kan orsaka förlust av atmosfären. Dock, som rapporterats i Natur astronomi , i fallet med Kepler-107, den andra planeten, 107c, är tätare än den första, 107b. Så mycket att 107c innehåller i sin kärna en järnmassfraktion som är minst dubbelt så stor som den i 107b, indikerar att någon gång, 107c hade en frontal kollision i hög hastighet med en protoplanet med samma massa eller flera kollisioner med flera planeter med lägre massa. Dessa nedslag skulle ha slitit av en del av stenen och silikatmanteln hos Kepler-107c, vilket tyder på att det är tätare nu än det var ursprungligen.

Bristols Dr Zoe Leinhardt, beräkningsastrofysiker och medförfattare till artikeln, från University of Bristol's School of Physics, förklarar:"Jätteeffekter tros ha haft en grundläggande roll i att forma vårt nuvarande solsystem. Månen är med största sannolikhet resultatet av en sådan påverkan, Merkurius höga densitet kan också vara och Plutos stora satellit Charon fångades sannolikt efter ett jättenedslag men fram till nu, vi hade inte hittat några bevis för jättenedslag som inträffade i planetsystem utanför vårt eget.

"Om vår hypotes är korrekt, det skulle koppla ihop den allmänna modellen vi har för bildandet av vårt solsystem med ett planetsystem som är väldigt olikt vårt eget."

Aldo Bonomo, forskare vid INAF och huvudförfattare, sade:"Med denna upptäckt har vi lagt till ytterligare en del i förståelsen av ursprunget till den extraordinära mångfalden i sammansättningen av små exoplaneter. Vi hade redan bevis för att den starka bestrålningen av stjärnan bidrar till en sådan mångfald som leder till partiell eller total erosion av stjärnan. atmosfärer på de hetaste planeterna. stokastiska kollisioner mellan protoplaneter spelar också en roll, och kan orsaka drastiska variationer i den inre sammansättningen av en exoplanet, som vi tror att det hände för Kepler-107c."

Medförfattare Li Zeng, från Harvard Origins of Life Initiative vid Department of Earth and Planetary Sciences och Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, tillade:"Detta är ett av många intressanta exoplanetsystem som Kepler-rymdteleskopet har upptäckt och karakteriserat. Denna upptäckt har bekräftat tidigare teoretiskt arbete som tyder på att gigantiska nedslag mellan planeter har spelat en roll under planetbildningen."

Jättepåverkan tros ha inträffat i vårt eget solsystem. Om katastrofala störningar ofta inträffar i planetsystem, sedan förutspår astronomer att hitta många andra exempel som Kepler-107 när ett ökande antal exoplanetdensiteter bestäms.