Waarom er een gat zit tussen super-Aardes en mini-Neptunussen

Dankzij de Kepler telescoop en nu ook de TESS kennen we inmiddels duizenden exoplaneten. Genoeg om te kunnen zien wat voor planeten veel voorkomen en welke minder. We weten dankzij de transit methode de omvang van die planeten. De massa is lastiger te bepalen. (Een maan om die planeten zou daarbij erg kunnen helpen, maar de eerste exomaan moet nog steeds bevestigd worden.)

Wat opvalt is dat rotsachtige planeten zo groot als de Aarde vrij normaal zijn, net als planeten van 2 tot 3 keer de doorsnede van de Aarde. Ook planeten als Neptunus komen veel voor. Het aantal planeten met een omvang tussen de super-Aardes en mini-Neptunussen (van 10 keer de diameter van de Aarde) is echter opvallend klein. Wat is daar aan de hand?

Een team van astronomen heeft een mogelijke verklaring. Zij zeggen dat planeten, zoals de Aarde, bij hun ontstaan eerst zeeën van magma hebben. Bij de Aarde is dat later afgekoeld en gestold. Maar planeten met drie keer de diameter van de Aarde hebben een dikkere atmosfeer, waarschijnlijk met veel waterstof. Die atmosfeer werkt als een deken, waardoor dat magma niet snel afkoelt.

Waar de modellen tot nu van uit gingen, is dat dat magma inert is, dus nergens mee reageert. Maar dat magma is erg vloeibaar, bijna net zo vloeibaar als water. Wat deze nieuwe studie zegt, is dat waterstof waarschijnlijk gaat oplossen in het magma. De planeet ‘eet’ als het ware zijn atmosfeer.

Je moet hierbij bedenken dat dit proces gebeurt in het vroege leven van planeten, waarbij ze nog stof en gas uit de stofschijf rond hun ster opvangen. Dus, komt er dan nog meer waterstof in die atmosfeer, dan wordt de atmosfeer nog dikker, en neemt het magma nog makkelijker extra waterstof op. De planeet word dan dus niet groter in diameter, maar wel in massa. Pas als het genoeg materie aantrekt dat het de massa van een mini-Neptunus bereikt, gaat de atmosfeer groeien en wordt de planeet zichtbaar groter.

Er moet nog van alles aan deze hypothese getest worden. De auteurs van dit wetenschappelijke artikel geven alvast een aantal zaken waarop gelet kan worden. Bijvoorbeeld zouden planeten verder van hun ster door hun lagere temperatuur minder waterstof in hun kern kunnen opnemen, waardoor super-Aardes daar wel groter kunnen worden.

Bron:

https://news.uchicago.edu/story/why-some-planets-eat-their-own-skies

Credits coverafbeelding: NASA/ESA/G. Bacon (STScI)/L. Kreidberg & J. Bean (U. Chicago)/H. Knutson (Caltech)

Magma is misschien het antwoord op de vraag hoe de maan gevormd werd

Zelfs 50 jaar na Apollo 11 blijven er vragen over hoe de maan is ontstaan. De gangbare theorie is dat 50 miljoen jaar na de vorming van het zonnestelsel een protoplaneet ter grootte van Mars, Theia genoemd, op onze jonge planeet ingeslagen is. Als je die theorie test in een computersimulatie krijg je een maan die voornamelijk bestaat uit het materiaal van Theia. Uit 382 kilogram aan monsters die de Apollo vluchten terug brachten bleek dat de maan voornamelijk uit hetzelfde materiaal als de Aarde bestaat. Dus wat klopt er niet?

Wetenschappers uit Japan en de V.S. zeggen nu dat in de bestaande modellen een ding over het hoofd gezien is: de Aarde was in die tijd bedekt met een zee van magma, terwijl Theia al een vast object was. Na de inslag werd het magma nog meer verhit en zette het uit. Als je dat gegeven in de computersimulatie meeneemt, dan komt dat magma in een baan rond de Aarde en vormt een maan met 80% materiaal van de Aarde.

Zulke computersimulaties worden trouwens uitgevoerd in supercomputers die de trajecten van miljoenen tot miljarden deeltjes kunnen berekenen. Voor een wetenschappelijk artikel zoals deze worden bovendien vele variabelen getest om te zien of de theorie dan nog steeds stand houdt. Hierna zullen andere wetenschappers waarschijnlijk de theorie willen testen, bijvoorbeeld met monsters die met Apollo verzameld zijn.

Bron:

https://phys.org/news/2019-04-magma-key-moon-makeup.html

Credits afbeelding: Hosono, Karato, Makino en Saitoh