En överraskande analys av sammansättningen av gasjätte exoplaneter och deras värdstjärnor visar att det inte finns en stark korrelation mellan deras sammansättning när det kommer till grundämnen tyngre än väte och helium, enligt nytt arbete som leds av Carnegies Johanna Teske och publicerades i Astronomisk tidskrift . Detta fynd har viktiga implikationer för vår förståelse av planetbildningsprocessen.

I sina ungdomar, stjärnor är omgivna av en roterande skiva av gas och damm från vilken planeter föds. Astronomer har länge undrat hur mycket en stjärnas smink bestämmer det råmaterial som planeterna är konstruerade av – en fråga som är lättare att undersöka nu när vi vet att galaxen vimlar av exoplaneter.

"Att förstå sambandet mellan den kemiska sammansättningen av en stjärna och dess planeter kan hjälpa till att kasta ljus över planetbildningsprocessen, " förklarade Teske.

Till exempel, tidigare forskning indikerade att förekomsten av gasjätteplaneter ökar runt stjärnor med en högre koncentration av tunga element, andra grundämnen än väte och helium. Detta tros ge bevis för en av de primära konkurrerande teorierna för hur planeter bildas, som föreslår att gasjätteplaneter byggs från långsam ansamling av skivmaterial tills en kärna som är cirka 10 gånger jordens massa bildas. Vid denna tidpunkt, den solida babyplanetariska interiören kan omge sig med helium och vätgas, föds en mogen jätteplanet.

"Tidigare arbete tittade på förhållandet mellan närvaron av planeter och hur mycket järn som finns i värdstjärnan, men vi ville utöka det till att omfatta innehållet av tunga element i planeterna själva, och att titta på mer än bara järn, " förklarade medförfattaren Daniel Thorngren, som slutförde mycket av arbetet som doktorand vid UC Santa Cruz och är nu vid Université de Montréal.

Teske, Thorngren och deras kollegor—Jonathan Fortney från UC Santa Cruz, Natalie Hinkel från Southwest Research Institute, och John Brewer från San Francisco State University – jämförde bulkhalten av tunga element i 24 cool, gasjätteplaneter till överflöd av "planetbildande element" kol, syre, magnesium, kisel, järn, och nickel i sina 19 värdstjärnor. (Vissa stjärnor är värd för flera planeter.)

De blev förvånade över att finna att det inte fanns någon korrelation mellan mängden tunga grundämnen i dessa gigantiska planeter och mängden av dessa planetbildande grundämnen i deras värdstjärnor. Så hur kan astronomer förklara den etablerade trenden att stjärnor rika på tunga grundämnen är mer sannolika vara värd för gasjätteplaneter?

"Att reda ut denna diskrepans kan avslöja nya detaljer om planetbildningsprocessen, " förklarade Fortney. "Till exempel, vilka andra faktorer bidrar till en babyplanets sammansättning när den bildas? Kanske dess plats i skivan och hur långt det är från några grannar. Mer arbete krävs för att besvara dessa avgörande frågor."

En ledtråd kan komma från författarnas kombinerade resultat som buntar ihop de tunga elementen i grupperingar som återspeglar deras egenskaper. Författarna såg en preliminär korrelation mellan en planets tunga grundämnen och dess värdstjärnas relativa överflöd av kol och syre, som kallas flyktiga grundämnen, kontra resten av de element som ingår i denna studie, som ingår i gruppen som kallas eldfasta element. Dessa termer hänvisar till elementens låga kokpunkter - flyktighet - eller deras höga smältpunkter - när det gäller de eldfasta elementen. Flyktiga grundämnen kan representera en isrik planetarisk sammansättning, medan eldfasta element kan indikera en stenig sammansättning.

Teske sa:"Jag är glad att utforska detta preliminära resultat ytterligare, och förhoppningsvis lägga till mer information till vår förståelse av sambanden mellan stjärn- och planetariska kompositioner från kommande uppdrag som NASA:s James Webb Space Telescope, som kommer att kunna mäta grundämnen i exoplanetatmosfärer."