Gravitationsstöße können Kometen aus den eisigen Außenbereichen eines Planetensystems vertreiben und sie auf Kollisionskurs mit den Planeten des Systems schicken. Welche Art von Planeten werden diese ankommenden Kometen wahrscheinlich umgarnen und welche werden sie wahrscheinlich wegwinken?
Kometen in Bewegung
Wenn das interstellare Objekt ʻOumuamua raste durch das Sonnensystem, seine Ankunft bestätigte, was viele Astronomen schon lange vermutet hatten: Der Weltraum wimmelt nur so von Trümmern, die durch Gravitationswechselwirkungen aus Planetensystemen geschleudert wurden.
Aber die gleichen Gravitationswechselwirkungen, die Kometen in den interstellaren Raum schleudern können, können sie stattdessen in die inneren Regionen der Planetensysteme schleudern, in denen sie geboren wurden. Wenn das passiert, können sich die Kometen in neue Umlaufbahnen einpendeln, von ihrem Wirtsstern verzehrt oder, wie eine neue Veröffentlichung untersucht, von den Planeten im System akkretiert werden. Was bestimmt, ob ein Planet Kometen sammelt, die in seine Nähe wandern, und wie könnte die Akkretion von Kometen unsere Interpretation von Exoplanetenspektren beeinflussen?
Das interstellare Objekt ʻOumuamua ist der Punkt in der Mitte dieser fünfminütigen Aufnahme, die mit dem William Herschel Telescope aufgenommen wurde. Aufgrund der hohen Geschwindigkeit des Objekts erscheinen die anderen Quellen im Bild als Lichtstreifen. Alan Fitzsimmons (ARC, Queen’s University Belfast), Isaac Newton GroupAngewachsen oder verstreut?
Ein Team unter der Leitung von Darryl Seligman (University of Chicago) entwickelte eine Reihe von Gleichungen, die vorhersagen, auf welchen Planeten am wahrscheinlichsten Kometen ankommen. Die Gleichungen beschreiben die Wahrscheinlichkeit, dass ein Planet einen Kometen in seine Atmosphäre akkretiert oder einen Kometen in eine neue Umlaufbahn (oder vollständig aus dem System heraus) streut, als Funktion der Eigenschaften des Planeten – seiner Masse und Umlaufbahn – und denen des Planeten Komet – hauptsächlich seine Exzentrizität, die ein Maß dafür ist, wie kreisförmig oder lang seine Umlaufbahn ist.
Das Team verwendete seine Metrik, um zu bestimmen, welche der zuvor entdeckten Exoplaneten ihrer Atmosphäre wahrscheinlich Kometenmaterial hinzugefügt haben. Seligman und Mitarbeiter fanden heraus, dass im Allgemeinen Planeten, die als warme Jupiter, Super-Erden und Sub-Neptune kategorisiert sind, eher vorbeiziehende Kometen umgarnen als kältere, massereichere Planeten.
Das Verhältnis von akkretierten Kometen zu verstreuten Kometen als Funktion der Safronov-Zahl, die mit der Masse und der Umlaufbahn des Planeten zunimmt und mit der Masse des Wirtssterns und dem Radius des Planeten abnimmt. Dieses Diagramm zeigt die Ergebnisse für einen jupitergroßen Planeten, der die Sonne in unterschiedlichen Entfernungen umkreist. Jupiter, WASP-77 Ab (ein heißer Jupiter) und HR 8799 b (ein direkt abgebildeter Planet) sind auf dem Diagramm markiert. Klicken um zu vergrößern. Seligmannet al. 2022Kompositionsauferlegung
Was bedeutet es für unser Verständnis ferner Planetensysteme, wenn Exoplaneten eine große Menge Kometenmaterial ansammeln? Potenziell ziemlich viel! Es wird angenommen, dass die planetarische Zusammensetzung damit zusammenhängt, wo sich in einer protoplanetaren Scheibe ein Planet gebildet hat. Wenn jedoch Planeten Kometenmaterial ansammeln – das die chemische Signatur trägt, dass es sich weit draußen in der Scheibe gebildet hat – könnten Schätzungen des Geburtsorts eines Planeten auf der Grundlage seiner atmosphärischen Zusammensetzung ungenau sein.
Seligman und Mitarbeiter führen mehrere Gründe an, warum ihre Schätzungen wahrscheinlich eine Obergrenze für die Menge an Kometenmaterial sind, die Planeten ansammeln. Wenn beispielsweise Kometen in anderen Planetensystemen dazu neigen, sich schnell aufzulösen oder ihre flüchtigen Verbindungen zu verlieren, könnte die Wahrscheinlichkeit von Begegnungen zwischen Exoplaneten und Kometen – und die Auswirkungen, die sie auf die atmosphärische Zusammensetzung eines Exoplaneten haben – sinken.
Das Verhältnis von akkretierten zu verstreuten Kometen für viele der von JWST zu beobachtenden Exoplaneten. Seligmannet al. 2022Dieses Problem ist aktuell, da basierend auf den Metriken des Teams fast alle Exoplaneten, die JWST innerhalb des nächsten Jahres beobachten wird, das Potenzial haben, Kometenmaterial zu haben.
Zitat
„Ableitung der Anreicherung von Exoplanetenatmosphären im Spätstadium aus beobachteten interstellaren Kometen“, Darryl Z. Seligman et al. 2022 ApJL 933 L7. doi:10.3847/2041-8213/ac786e
Dieser Beitrag erschien ursprünglich auf AAS Nova, das Forschungshighlights aus den Zeitschriften der American Astronomical Society enthält.
