Kształt orbity planety jest jedną z jej podstawowych nieruchomości, a także jej wielkość i odległość od gwiazdy gospodarza. Ziemia ma prawie okrągłą orbitę, ale niektóre planety poza naszym Układem Słonecznym, zwane egzoplanetami, mają bardzo eliptyczne orbity. Astrofizycy UCLA mierzyli teraz kształt orbit egzoplanet – od wielkości Jowisza do wielkości Marsa – i pokazali, że małe planety mają prawie okrągłe orbity, podczas gdy gigantyczne planety mają orbity około czterokrotnie bardziej eliptyczne niż mniejsze planety. Odkrycie wskazuje na dwie różne ścieżki, za pomocą których tworzą się duże i małe planety.
„Stwierdziliśmy, że mniej więcej wielkości Neptuna planety przechodzą od prawie zawsze na orbitach okrężnych do bardzo często mających orbity eliptyczne” – powiedział Gregory Gilbert, główny autor artykułu opisujący wyniki opublikowane w Proceedings of National Academy of Sciences.
Naukowcy wykorzystali dane zebrane przez teleskop Kepler NASA, który monitorował 150 000 gwiazdek i zmierzył spadki w ich jasności spowodowanej przez transport planet w celu odkrycia tysięcy egzoplanet. Pomiary jasności gwiezdnej w czasie nazywane są krzywymi światłem. Naukowcy przeprowadzili szczegółową analizę zlewów krzywej światła w celu wyodrębnienia informacji o kształcie orbit planet.
Jednym z najtrudniejszych aspektów tego projektu było upewnienie się, że każdy z 1600 krzywych światła został modelowany ostrożnie.
„Gdyby gwiazdy zachowały się jak nudne żarówki, projekt ten byłby 10 razy łatwiej”-powiedział współautor Erik Petigura, profesor fizyki UCLA i astronomii. „Ale faktem jest, że każda gwiazda i jej kolekcja planet ma swoje indywidualne dziwactwa, i dopiero po tym, jak zwróciliśmy uwagę na każdą z tych krzywych światła, o które zaufaliśmy naszym wynikom”.
W tym miejscu pojawił się UCLA Unpegraduate Paige Entrican. Entrican zbudował niestandardowy zestaw narzędzi wizualizacji i ręcznie sprawdził każdą krzywą światła.
„Przegląd danych był drobiazgowym procesem, który wymagał starannej kontroli wszystkich produktów danych, aby zapewnić ważność naszych wyników. Kilka razy podczas tego projektu zidentyfikowałem tryby awarii, które wpłynęły tylko na 1% wszystkich naszych gwiazd. Ale musieliśmy zaktualizować naszą analizę, aby była solidna w tych problemach i wrócić i ponownie przetworzyć cały zestaw danych” – powiedział Entrican.
Podziel mimośroda pokrywa się z kilkoma innymi kultami w populacji egzoplanetowej, takimi jak wysoka obfitość małych planet na dużych planetach i tendencja do gigantycznych planet do tworzenia tylko wokół gwiazd wzbogaconych w ciężkie pierwiastki, takie jak tlen, węgiel i żelazo. Astronomowie nazywają te metale ciężkich elementów.
„Małe planety są powszechne; duże planety są rzadkie. Duże planety potrzebują gwiazd bogatych w metal w celu utworzenia; małe planety nie. Małe planety mają niskie ekscentryczności, a duże planety mają duże ekscentryczności”-wyjaśnił Gilbert.
Zbieżność trendów w obfitości, metaliczności i mimośrodowości wskazuje na dwa odrębne ścieżki do tworzenia małych i dużych planet.
„Widok przejścia w ekscentryczności orbit w tym samym momencie mówi nam, że naprawdę istnieje coś zupełnie innego w tym, jak tworzą się te gigantyczne planety, w porównaniu z tym, jak małe planety, takie jak forma Ziemi. To naprawdę poważne odkrycie, aby wyjść z tego artykułu” – powiedział Gilbert.
Naukowcy myślą, że planety tworzą się, gdy małe skały kosmiczne łączą się, tworząc większe skały, aż w końcu utworzą planetę, która może być mniej więcej wielkości ziemi lub, jeśli rdzeń planetarny jest bardzo duży, do 10 razy większy niż Ziemia. W tym momencie planeta jest wystarczająco duża, aby utrzymać duże ilości wodoru i helu i staje się gigantem gazowym takim jak Jowisz i Saturn w naszym Układzie Słonecznym. Planety większe niż Neptune są nieco rzadkie, ponieważ muszą przejść niekontrolowane akrecję, pętlę sprzężenia zwrotnego gromadzącego się wodoru i gazu helowego. Ale zwykle może się to zdarzyć tylko wtedy, gdy krążą one również do gwiazdy zawierającej duże ilości elementów cięższych niż hel.
Większe planety z mimośrodkowymi orbitami wskazują również na bardziej chaotyczny okres formacji, podczas którego planety oddziałują za pomocą sił grawitacyjnych w celu wytwarzania orbit niewidocznych. Na przykład ekscentryczne gigantyczne planety prawdopodobnie częściej mieszają swoich sąsiadów, powodując gigantyczne uderzenia, takie jak ten, który wytworzył Księżyc Ziemi. W systemach egzoplanetarnych kolizje te mogą być znacznie bardziej gwałtowne, obejmujące połączenia dwóch planet znacznie większych niż Ziemia.
„To niezwykłe, czego mogliśmy dowiedzieć się o orbitach planet wokół innych gwiazd za pomocą Space Telescope Keplera” – powiedział Petigura. „Teleskop został nazwany na cześć Johannesa Keplera, który, cztery wieki temu, był pierwszym naukowcem, który docenił, że planety w naszym Układzie Słonecznym poruszają się na lekko eliptyczne, a nie okrągłe orbity. Jego odkrycie było ważnym momentem w historii ludzkości, ponieważ pokazało, że Słońce, a nie Ziemia, było w centrum systemu Solar. Jestem pewny Keplera, człowieka, byłoby zachwycone, że Telelescope był nazywany przez jego honorę Subtle. orbitów planet wielkości ziemskiej wokół innych gwiazd. ”