Dr. Lokesh Mishra und seine Kollegen von der Universität Bern und dem Genfer Observatorium schlagen vor, den Raum der Planetensystemarchitekturen in vier Klassen zu unterteilen: ähnlich, gemischt, antigeordnet und geordnet.
Eine künstlerische Darstellung der vier Klassen der Planetensystemarchitektur. Bildnachweis: Tobias Stierli / NCCR PlanetS.
„Vor mehr als einem Jahrzehnt bemerkten Astronomen aufgrund von Beobachtungen mit dem Kepler-Weltraumteleskop der NASA, dass Planeten in anderen Systemen normalerweise ihren jeweiligen Nachbarn in Größe und Masse ähneln – wie Erbsen in einer Schote“, sagte Dr. Mishra.
„Aber lange Zeit war unklar, ob dieser Befund auf Einschränkungen der Beobachtungsmethoden zurückzuführen ist.“
„Es war nicht möglich festzustellen, ob die Planeten in einem einzelnen System ähnlich genug waren, um in die Klasse der ‚Erbsen in einer Schote‘-Systeme zu fallen, oder ob sie eher unterschiedlich waren – genau wie in unserem Sonnensystem.“
In ihrer Forschung zielten Dr. Mishra und Co-Autoren darauf ab, einen Rahmen zu entwickeln, um die Unterschiede und Ähnlichkeiten zwischen Planeten des gleichen Systems zu bestimmen.
Dabei stellten sie fest, dass es nicht zwei, sondern vier solcher Systemarchitekturen gibt.
„Wir nennen diese vier Klassen ‚ähnlich’, ‚geordnet’, ‚antigeordnet’ und ‚gemischt’“, sagte Dr. Mishra.
„Planetensysteme, in denen die Massen benachbarter Planeten ähnlich sind, haben eine ähnliche Architektur.“
„Geordnete Planetensysteme sind solche, bei denen die Masse der Planeten mit der Entfernung vom Stern tendenziell zunimmt – genau wie im Sonnensystem.“
„Wenn dagegen die Masse der Planeten mit der Entfernung vom Stern in etwa abnimmt, sprechen wir von einer antigeordneten Architektur des Systems.“
„Und gemischte Architekturen treten auf, wenn die Planetenmassen in einem System von Planet zu Planet stark variieren.“
„Dieses Framework lässt sich auch auf beliebige andere Messungen wie Radien, Dichte oder Wasseranteile anwenden“, sagt Professor Yann Alibert von der Universität Bern.
„Jetzt haben wir zum ersten Mal ein Werkzeug, um Planetensysteme als Ganzes zu untersuchen und mit anderen Systemen zu vergleichen.“
„Unsere Ergebnisse zeigen, dass „ähnliche“ Planetensysteme die häufigste Art von Architektur sind“, sagte Dr. Mishra.
„Ungefähr acht von zehn Planetensystemen um am Nachthimmel sichtbare Sterne haben eine ‚ähnliche‘ Architektur.“
„Das erklärt auch, warum in den ersten Monaten der Kepler-Mission Beweise für diese Architektur gefunden wurden.“
Was das Team überraschte, war, dass die „geordnete“ Architektur – diejenige, die auch das Sonnensystem umfasst – die seltenste Klasse zu sein scheint.
Es gibt Hinweise darauf, dass sowohl die Masse der Gas- und Staubscheibe, aus der die Planeten entstehen, als auch die Häufigkeit schwerer Elemente im jeweiligen Stern eine Rolle spielen.
„Aus ziemlich kleinen, massearmen Scheiben und Sternen mit wenigen schweren Elementen entstehen ‚ähnliche’ Planetensysteme“, sagte Dr. Mishra.
„Große, massive Scheiben mit vielen schweren Elementen im Stern führen zu geordneteren und ungeordneteren Systemen.“
„Gemischte Systeme entstehen aus mittelgroßen Platten. Dynamische Wechselwirkungen zwischen Planeten – wie Kollisionen oder Auswürfe – beeinflussen die endgültige Architektur.“
„Ein bemerkenswerter Aspekt dieser Ergebnisse ist, dass sie die Anfangsbedingungen der Planeten- und Sternentstehung mit einer messbaren Eigenschaft verknüpfen: der Systemarchitektur.“
„Dazwischen liegen Milliarden von Jahren der Evolution“, sagte Professor Alibert.
„Uns ist es erstmals gelungen, diese enorme zeitliche Lücke zu überbrücken und überprüfbare Vorhersagen zu treffen. Es wird spannend zu sehen, ob sie das durchhalten.“
Diese Forschung wird in zwei Artikeln in der beschrieben Tagebuch Astronomie & Astrophysik.
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Lokesh Mischra et al. 2023. Framework für die Architektur exoplanetarer Systeme. I. Vier Klassen der Planetensystemarchitektur. A&A 670, A68; zwei: 10.1051/0004-6361/202243751
Lokesh Mischra et al. 2023. Framework für die Architektur exoplanetarer Systeme. II. Nature versus Nurture: Emergente Bildungswege des Architekturunterrichts. A&A 670, A69; zwei: 10.1051/0004-6361/202244705
