외계 행성의 원소 풍부 성 통계


16

최근에 저는 지구와 달리 산소, 실리콘, 마그네슘 대신 탄소로 형성된 행성 인 탄소 행성이라는 개념에 직면했습니다. (나는 대부분 철심에 잠겨있는 철을 세지 않습니다). 저는 일반적으로 행성의 화학 성분에 관심이 있습니다. 나는 행성 화학 성분의 분산에 대한 주제를 조사하는 흥미로운 기사를 찾았 지만 (예를 들어 여기 또는 여기 ), 현장에서 상태에 대한 전반적인 그림을 만들기는 매우 어렵습니다.

나는 이런 것들을 묻고 싶다 :

1. 지구 행성의 전형적인 구성은 무엇입니까? (예를 들어 CNO주기 또는 다른 핵주기와 같이 묶여있을 때 일부 요소 그룹이 함께 발생하는 상관 관계가 많을 것으로 생각됩니다.)

2. 지구 행성의 화학 성분은 실제로 얼마나 다른가? (즉, 모든 지상 행성은 대부분 서로 비슷합니까? 아니면 모든 행성 시스템에 고유 한 비율의 요소가 있다고 기대해야합니까?)


1
# 1을 위해 무언가를 공급할 수 있지만 현재 # 2는 알려지지 않았습니다. 현재 모든 이론입니다 (뜨거운 목성과 태양계의 지구 행성은 제외)
Rob Jeffries

답변:


5

외계 행성에서의 화학적 존재비의 관찰 결정은 초기 단계이다. 의 측면에서 지상파 형 행성, 즉 몇 지구 반경보다 크기가의 그 이하 제약은 특정와 어떤 행성의 모델 (대중으로부터 얻어 환승 행성의 반경은 케플러와 코로에 의해 발견) 측정 된 밀도를 비교에 국한된다 가정 된 구성은 다음과 같습니다. 이에 대한 최근의 훌륭한 예는 Dressing et al. (2015) . 이 논문에서 그들은 모든 저 질량 행성이 하나의 간단한 2 성분 모델 (83 % MgSiO 의 혼합물)과 일치한다고 주장한다그리고 17 % 철, 그러나 이것은 더 낮은 밀도를 설명하기 위해 더 많은 휘발성 원소 또는 상당한 물이 필요한 높은 질량에서 변화한다는 것입니다. 이 논문에서 취한 아래 그림은 사용 가능한 데이터를 보여 주며 최신 정보입니다. 모든 저 질량 행성 (그리고 지구와 금성)이 어떻게 같은 모델 군에 놓여질 수 있는지 주목하십시오.

드레싱 외의 행성 질량 대 반경.  (2015)

저자는 이것이 모든 행성이 만들어진 것이라고 주장하지는 않지만 현재는 그러한 구성 (예 : 단독으로 만들어진 행성)과 큰 편차가없는 것으로 단순히 설명합니다. 철).

이 다이어그램에는 작은 천체 행성의 질량을 얻기가 어렵 기 때문에 비교적 적은 수의 행성이 있습니다 (호스트 별에서 행성의 당김으로 인한 도플러 편이의 탐지가 필요함).

물론 다른 모델은 다소 다른 결과를 산출합니다. 예를 들어, Wagner et al. (2012) 는 Kepler-10b와 CoRoT-7b에 대해 동일한 데이터를 사용하여이 행성들에 행성의 약 60 %를 구성하는 철심 (즉, 지구를 구성하는 것보다 훨씬 많은 철 코어)이 있다고 주장했습니다.

현재 가장 낮은 질량의 행성에 대한 데이터는 현재 제한된 양의 다양성 만 있을 있음을 나타냅니다 . 그러나 우리가 다루고있는 정보, 표본 크기, 질량과 반지름 만 결정된다는 사실은 너무 희박하여 확실하지 않습니다.

이론적 인 관점에서 많은 아이디어가 있습니다. 지구형 행성의 형성에 대한 기본 개념은 부모 별에 (상대적으로) 가깝게 형성되며 고온에서 원 자간 원반 밖으로 어떤 원소와 미네랄이 응축 될 수 있는지를 반영하는 구성을 갖는다는 것입니다. 이는 원형 행성 디스크에 존재하는 요소의 균형, 행성에서 디스크가 형성되는 위치, 원형 행성 디스크의 세부 구조, 냉각 방법 및 행성에서 디스크가 어떻게 이동하는지에 달려 있습니다. 놀랍게도, 이러한 조건 중 일부를 변화시킴으로써 위에서 언급 한 바와 같이 이용 가능한 증거에 의해 약간 모순되는 것처럼 보이는 다양한 구성을 가진 행성을 만들 수 있습니다.

이러한 이론적 접근법의 예는 Moriarty et al. (2014) (당신이 익숙한), 또한 Carter-Bond et al. (2012)화학적 다양성이 어떻게 발생할 수 있는지에 대한 예. Mg / Si 및 C / O 비는 형성된 행성의 최종 조성에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 보인다. 낮은 C / O 비율은 실리케이트 및 적은 수의 탄소 운반 화합물의 형성을 선호한다; 그러나 산소보다 탄소가 더 많으면 탄소와 탄화 규소를 형성하는 것이 더 유리 해집니다 ( "탄소 행성"의 의미라고 생각합니다). 그러나 이것은 또한 행성이 형성되는 지역의 온도에 달려 있습니다. 참고로, 태양의 C / O 비율은 0.54이고 지구에서 탄소의 상대적 존재비는 (태양보다) 훨씬 낮지 만 다른 별에서 측정 된 C / O 비율은 더 높을 수 있습니다.


3

이러한 질문에 대한 결정적인 답을 찾는 데 어려움을 겪을 수 있습니다. 나는 똑같은 답변을 받았고 이것이 더 구체적이고 포괄적 인 무언가의 출발점으로 기여하기를 바랍니다.

일반적으로 풍부한 원소는 질량과 밀접한 관련이있는 것으로 보입니다. 사실상 요소가 무거울수록 더 부족합니다. 이는 주기율표에서 더 무거운 요소로 진행할 때 퓨전 프로세스에 필요한 에너지가 크게 증가하기 때문입니다.

철 (무쇠)보다 무거운 원소는 초신성 폭발과 같은 사건 (또는 비슷한 온도의 환경)이 필요합니다. 별이 실리콘 연료를 통해 연소되고 이후의 핵융합 반응에 충분한 에너지를 생성하면 붕괴 될 수 있습니다. .

이 비디오는 프로세스를 설명합니다

원소의 구성으로 들어 가지 않고 주어진 행성에 존재하는 확률을 결정하기 위해 개별 원소의 상대적 풍부로 시작하여 행성의 지각과 대기에서 형성되는 형태 / 화학 성분으로 들어갈 수 있습니다.

이것은 분광학 (요소의 방출 및 흡수 스펙트럼에 기초한) 측정에 기초한 요소의 상대적 존재비를 보여주는 위키피디아의 그래프이다.

우주의 요소 풍부 또한 여기에 표시


줄거리는 ISM 또는 Sun의 현재 풍부한 재료입니다. 지구 행성의 풍부함은 물론 상당히 다릅니다 (예 : 지구의 지각에 얼마나 많은 수소가 있습니까?)
Rob Jeffries

3
또한 철보다 무거운 원소는 초신성으로 만 생산되는 것이 아닙니다.
Rob Jeffries

위의 의견에주의를 기울이십시오-물론 물에는 수소가 있지만 지구와 같은 산소 (그리고 헬륨이나 다른 고귀한 가스는 거의 없습니다)보다 수소가 적습니다.
Rob Jeffries

그래프는 지각뿐만 아니라 일반적인 풍부도를 포괄하는 것으로 가정되므로 대다수는 아마도 대기 함량입니다. 나는 이것이 질문의 맥락에서 약간 혼란스럽게 보일 수 있음을 안다. 초신성 폭발 밖에서 철보다 무거운 원소는 어떻게 만들어 집니까? 여전히 핵융합이어야합니까?
td-lambda

1
줄거리는 태양계 (또는 태양이 질량을 지배하기 때문에)에서 원소가 풍부합니다. 지구의 풍요로운 존재는 아니고 지상 행성들도 아닙니다. 대답에서 간략하게 설명하는 것처럼 일부 요소에는 다르게 보입니다. 철보다 무거운 원소의 약 50 %는 거대한 별 내부의 (폭발적이지 않은) s- 공정으로 만들어집니다. - -하지만 당신은 실수 할 첫 번째없는 physics.stackexchange.com/questions/7131/...
롭 제프리
당사 사이트를 사용함과 동시에 당사의 쿠키 정책개인정보 보호정책을 읽고 이해하였음을 인정하는 것으로 간주합니다.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.