Статистика кількості елементів в екзопланетах

Нещодавно я зіткнувся з концепцією вуглецевих планет - планет, які були б, на відміну від Землі, утворені здебільшого вуглецем, замість кисню, кремнію та магнію. (Я не рахую заліза, яке здебільшого замкнене в серцевині). Тепер мене цікавлять загалом планетарні хімічні склади. Я знайшов цікаві статті, що досліджували тему дисперсії планетарних хімічних складів (наприклад, тут чи тут ), але мені досить важко скласти загальну картину стану на місцях.

Я хотів би запитати про це:

1. Які типові композиції планет земної кулі очікуються? (Я думаю, буде багато кореляцій, деякі групи елементів виникають разом, коли вони пов'язані, наприклад, із циклом CNO чи іншим ядерним циклом.)

2. Наскільки насправді відрізняються хімічний склад земних планет? (Тобто всі планети Землі здебільшого схожі між собою, чи варто швидше очікувати, що кожна планетна система має унікальні співвідношення елементів?)

$_3$і 17% заліза, але це змінюється при більш високій масі, де потрібно більше летючих елементів або значної води для пояснення їх меншої щільності. Наведений нижче графік ілюструє наявні дані та має бути досить сучасним. Зверніть увагу, як усі планети малої маси (і Земля, і Венера) можуть лежати в одній сім'ї моделей.

Я не думаю, що автори стверджують, що саме з цього і складаються всі планети, але просто ілюструючи, що в даний час не здається великих відхилень від такої композиції (наприклад, планет, які зроблені виключно заліза).

На цій діаграмі відносно мало планет, оскільки важко отримати малі малі транзитні планети (це вимагає виявлення доплерівського зсуву, спричиненого витяганням планети на її зірку-господаря).

Звичайно, різні моделі дають дещо різні результати. Наприклад, Вагнер та ін. (2012) використовували ті самі дані для Kepler-10b та CoRoT-7b та власні детальні моделі, щоб стверджувати, що ці планети мають залізне ядро, яке становить близько 60% планети - тобто набагато більше, ніж складає Земля.

На даний момент дані для планет з найменшою масою в даний час вказують на те, що різноманітність може бути лише обмеженою. Але інформація, з якою ми працюємо, розмір вибірки та те, що визначаються лише маси та радіуси, занадто мізерні, щоб бути впевненими.

З теоретичної точки зору існує багато ідей. Основна концепція формування планет земного типу полягає в тому, що вони утворюють (відносно) близькі до материнської зірки і мають композиції, що відображають, які елементи та мінерали можуть конденсуватися з протопланетного диска при високих температурах. Це в свою чергу залежить від балансу елементів, які присутні в протопланетарному диску, де на диску утворюється планета, детальної структури протопланетного диска, того, як він охолоджується і як планети мігрують в диску. Не дивно, змінюючи деякі з цих умов, можна створити планети з найрізноманітнішими композиціями, що, як я вже говорив вище, виявляється м'яко суперечить наявним свідченням.

Приклади цих теоретичних підходів можна знайти у Моріарті та ін. (2014 р.) (Який вам відомий), але також див. Carter-Bond et al. (2012 р.)для прикладів того, як може виникнути хімічне різноманіття. Схоже, що співвідношення Mg / Si та C / O мають найбільший вплив на кінцеві композиції планет, що утворилися. Низьке співвідношення C / O сприяє утворенню силікатів і менше сполук, що містять вуглець; але якщо вуглецю більше, ніж кисню, то стає сприятливішим утворювати вуглець і карбід кремнію (я думаю, це саме ви маєте на увазі під «планети вуглецю»), але це також залежить від температури в регіоні, де планета утворюється. Для довідки, відношення сонячного C / O дорівнює 0,54, а відносна кількість вуглецю в Землі значно нижча (ніж на Сонці), але співвідношення C / O, виміряне в інших зірках, може бути вищим.

Можливо, вам важко знайти остаточні відповіді на ці питання. Я після тих же відповідей і сподіваюся, що це сприятиме відправній точці до чогось більш конкретного та всебічного.

Як правило, велика кількість елементів тісно пов'язана з їх масою. Насправді, чим важчий елемент, тим він буде дефіцитнішим. Це пов'язано з значно зростаючою кількістю енергії, необхідної для процесу синтезу, коли ви рухаєтеся до більш важких елементів періодичної таблиці.

Кажуть, що елементи, важчі за Fe (залізо), потребують такої події, як вибух наднової (або навколишнє середовище зі схожими температурами), який відбудеться, коли зірка згорить через своє кремнієве паливо і розпадеться, генеруючи достатню кількість енергії для подальших реакцій синтезу. .

У цьому відео описується процес

Не вникаючи в композиції елементів, ви могли б, мабуть, почати з відносної кількості окремих елементів, щоб визначити шанси їх, що існують на будь-якій планеті, і звідти потрапити до форм / хімічних композицій, які вони утворюватимуться в земній корі та атмосфері.

Це графік із вікіпедії, що показує відносну чисельність елементів на основі спектроскопії (на основі спектрів емісії та поглинання елементів).

Також показано тут