Thống kê các yếu tố phong phú trong ngoại hành tinh


15

Gần đây, tôi bắt gặp khái niệm về các hành tinh carbon - các hành tinh, sẽ không giống như Trái đất, được hình thành chủ yếu bởi carbon, thay vì oxy, silicon và magiê. (Tôi không tính sắt, phần lớn bị khóa trong lõi). Bây giờ, tôi quan tâm đến các thành phần hóa học hành tinh nói chung. Tôi tìm thấy những bài báo thú vị nghiên cứu về chủ đề phương sai của các thành phần hóa học hành tinh (ví dụ ở đây hoặc ở đây ), nhưng tôi khá khó để đưa ra một bức tranh tổng thể về tình trạng trong lĩnh vực này.

Tôi muốn hỏi về những điều này:

1. Thành phần tiêu biểu nào của các hành tinh trên mặt đất dự kiến ​​sẽ xảy ra? (Tôi đoán sẽ có rất nhiều mối tương quan, một số nhóm yếu tố xảy ra với nhau khi chúng bị ràng buộc, ví dụ như chu trình CNO hoặc chu kỳ hạt nhân khác.)

2. Thành phần hóa học của các hành tinh trên mặt đất thực sự khác nhau đến mức nào? (Tức là tất cả các hành tinh trên mặt đất hầu hết tương tự nhau, hay chúng ta nên mong đợi rằng mọi hệ hành tinh đều có tỷ lệ các yếu tố duy nhất?)


1
Tôi có thể cung cấp thứ gì đó cho số 1, nhưng số 2 hiện tại vẫn chưa rõ. Đó là lý thuyết hiện tại (đối với mọi thứ trừ Sao Mộc nóng và các hành tinh trên mặt đất trong hệ mặt trời của chúng ta).
Rob Jeffries

Câu trả lời:


5

3và 17% sắt, nhưng điều này thay đổi ở khối lượng cao hơn, trong đó các yếu tố dễ bay hơi hơn hoặc nước quan trọng là cần thiết để giải thích mật độ thấp hơn của chúng. Cốt truyện dưới đây, được lấy từ bài báo đó, minh họa dữ liệu có sẵn và sẽ khá cập nhật. Lưu ý làm thế nào tất cả các hành tinh có khối lượng thấp (và Trái đất và Sao Kim) có thể nằm trên cùng một họ mô hình.

Khối lượng hành tinh so với bán kính từ Dressing et al.  (2015)

Tôi không nghĩ rằng các tác giả đang tuyên bố rằng đây chính xác là tất cả các hành tinh được tạo ra, nhưng chỉ đơn giản minh họa rằng hiện tại dường như không có bất kỳ sai lệch lớn nào từ một bố cục như vậy (ví dụ, các hành tinh chỉ được tạo ra bằng sắt).

Có tương đối ít hành tinh trên sơ đồ này, bởi vì rất khó để có được khối lượng của các hành tinh quá cảnh nhỏ (nó đòi hỏi phải phát hiện sự dịch chuyển doppler gây ra bởi lực kéo của hành tinh trên ngôi sao chủ của nó).

Tất nhiên các mô hình khác nhau mang lại kết quả khác nhau. Ví dụ, Wagner và cộng sự. (2012) đã sử dụng cùng một dữ liệu cho Kepler-10b và CoRoT-7b và các mô hình chi tiết của riêng họ để lập luận rằng các hành tinh này có lõi sắt chiếm khoảng 60% hành tinh - tức là nhiều hơn nhiều so với tạo nên Trái đất.

Hiện tại, dữ liệu cho các hành tinh có khối lượng thấp nhất hiện chỉ ra rằng chỉ có thể có một lượng đa dạng hạn chế. Nhưng thông tin mà chúng tôi đang làm việc, kích thước mẫu và thực tế là chỉ có khối lượng và bán kính được xác định, là quá thưa thớt để không chắc chắn.

Từ quan điểm lý thuyết có nhiều ý tưởng. Khái niệm cơ bản về sự hình thành của các hành tinh trên mặt đất là chúng hình thành (tương đối) gần với ngôi sao mẹ và có các thành phần phản ánh những yếu tố và khoáng chất có thể ngưng tụ ra khỏi đĩa hình thành ở nhiệt độ cao. Đến lượt nó, điều này phụ thuộc vào sự cân bằng của các yếu tố có trong đĩa hình thành hành tinh, trong đó hình thành hành tinh, cấu trúc chi tiết của đĩa hình thành hành tinh, cách thức làm mát và cách các hành tinh di chuyển trong đĩa. Không có gì đáng ngạc nhiên, bằng cách thay đổi một số điều kiện này, có thể tạo ra các hành tinh với nhiều thành phần khác nhau, như tôi đã nói ở trên, dường như bị mâu thuẫn nhẹ bởi các bằng chứng có sẵn.

Ví dụ về các phương pháp lý thuyết này có thể được tìm thấy trong Moriarty et al. (2014) (trong đó bạn quen thuộc), nhưng cũng thấy Carter-Bond et al. (2012)ví dụ về sự đa dạng hóa học có thể phát sinh. Dường như tỷ lệ Mg / Si và C / O có ảnh hưởng lớn nhất đến các thành phần cuối cùng của các hành tinh được hình thành. Tỷ lệ C / O thấp ủng hộ sự hình thành silicat và ít hợp chất mang carbon hơn; nhưng nếu có nhiều carbon hơn oxy thì việc tạo ra carbon và silicon-cacbua trở nên thuận lợi hơn (tôi đoán đây là ý nghĩa của "hành tinh carbon"), nhưng điều này cũng phụ thuộc vào nhiệt độ trong khu vực nơi hành tinh hình thành. Để tham khảo, tỷ lệ C / O mặt trời là 0,54 và lượng carbon tương đối nhiều trên Trái đất thấp hơn nhiều (so với ở Mặt trời) nhưng tỷ lệ C / O đo được ở các ngôi sao khác có thể cao hơn.


3

Bạn có thể có một thời gian khó tìm câu trả lời dứt khoát cho những câu hỏi này. Tôi sau những câu trả lời tương tự và hy vọng điều này sẽ đóng góp như một điểm khởi đầu cho một cái gì đó cụ thể và toàn diện hơn.

Nói chung sự phong phú của các yếu tố dường như có liên quan chặt chẽ với khối lượng của chúng. Trong thực tế, các yếu tố càng nặng thì nó sẽ càng khan hiếm. Điều này là do lượng năng lượng cần thiết tăng lên rất nhiều cho quá trình hợp hạch xảy ra khi bạn tiến tới các yếu tố nặng hơn trong bảng tuần hoàn.

Các nguyên tố nặng hơn Fe (Sắt) được cho là cần một sự kiện như vụ nổ siêu tân tinh để hình thành (hoặc môi trường có nhiệt độ tương tự), sẽ xảy ra khi ngôi sao đốt cháy nhiên liệu silicon của nó và sụp đổ tạo ra đủ năng lượng cho các phản ứng nhiệt hạch tiếp theo .

Video này mô tả quá trình

Nếu không đi sâu vào các thành phần của các nguyên tố, bạn có thể bắt đầu với sự phong phú tương đối của các yếu tố riêng lẻ để xác định tỷ lệ tồn tại của chúng trên bất kỳ hành tinh nào và từ đó đi vào các dạng / thành phần hóa học mà chúng sẽ hình thành trong lớp vỏ và khí quyển của hành tinh.

Đây là một biểu đồ từ wikipedia cho thấy sự phong phú tương đối của các yếu tố dựa trên quang phổ (dựa trên phổ phát xạ và phổ hấp thụ của các yếu tố).

Sự phong phú của yếu tố trong vũ trụ Cũng được hiển thị ở đây


Cốt truyện là sự phong phú hiện tại của vật liệu trong ISM hoặc Sun. Sự phong phú trong các hành tinh trên mặt đất dĩ nhiên khá khác nhau (ví dụ: có bao nhiêu hydro trong vỏ Trái đất?)
Rob Jeffries

3
Ngoài ra, các nguyên tố nặng hơn sắt không chỉ được sản xuất trong siêu tân tinh.
Rob Jeffries

Hãy cẩn thận với nhận xét của tôi ở trên - tất nhiên là có hydro trong nước - nhưng có ít hydro hơn oxy trong Trái đất (và hầu như không có helium hoặc các loại khí cao quý khác).
Rob Jeffries

Biểu đồ được cho là bao gồm sự phong phú chung không chỉ là lớp vỏ nên phần lớn có lẽ là nội dung không khí. Tôi thấy làm thế nào điều này có thể trông hơi khó hiểu trong bối cảnh của câu hỏi. Làm thế nào các yếu tố nặng hơn sắt được tạo ra bên ngoài vụ nổ siêu tân tinh? Nó có phải là hợp hạch hạt nhân?
td-lambda

1
Cốt truyện là sự phong phú nguyên tố trong hệ mặt trời (hoặc trong Mặt trời, vì nó thống trị khối lượng). Nó không phải là sự phong phú trong Trái đất, hay các hành tinh trên mặt đất, trông khá khác biệt đối với một số yếu tố, như tôi phác thảo trong câu trả lời của mình. Khoảng 50% các nguyên tố nặng hơn sắt được tạo ra trong các quá trình (không nổ) bên trong các ngôi sao khổng lồ. - nhưng bạn không phải là người đầu tiên mắc lỗi đó - vật lý.stackexchange.com/questions/7131/ ​​mẹo
Rob Jeffries
Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.