長期以來，天文學界一直認為行星和它們各自的主星之間存在着成分上的聯繫。現在，一個由伯爾尼大學和蘇黎世大學的國家研究中心（NCCR）PlanetS的研究人員參加的科學家團隊首次提供了支持這一假設的經驗性證據–同時也與之部分矛盾。
恆星和行星是由相同的宇宙氣體和塵埃形成的。在形成過程中，一些物質凝結並形成岩質行星，其餘的要麼被恆星積累，要麼成為氣態行星的一部分。因此，關於恆星和其行星組成之間的聯繫的假設是合理的，並且得到了證實，例如在太陽系中，大多數岩質行星。然而，假設，特別是在天體物理學中，並不總是被證明是真實的。10月15日發表在《科學》雜誌上的一項由葡萄牙天體物理學和西班牙科學研究所（IA）領導的研究，也有來自伯爾尼大學NCCR PlanetS和蘇黎世大學的研究人員參與，為這一假設提供了第一個經驗證據–同時也部分推翻了這一假設。
為了確定恆星及其行星的成分是否相關，研究小組比較了兩者的非常精確的測量結果。對於恆星，他們的發射光被測量，這帶有其成分的特徵光譜“指紋”。岩質行星的組成是間接確定的。它們的密度和成分是由它們測量的質量和半徑得出的。直到最近，才有足夠多的行星被精確地測量出來，從而有可能進行這類有意義的調查。
“但是，由於恆星和岩質行星在本質上是完全不同的，所以比較它們的組成並不直接，”正如該研究的共同作者、伯爾尼大學天體物理學講師和NCCR PlanetS成員Christoph Mordasini開始解釋的那樣。“相反，我們將這些行星的組成與它們的恆星的理論上的冷卻版本進行比較。雖然恆星的大部分物質–主要是氫和氦–在冷卻時仍然是氣體，但有一小部分會凝結，由鐵和硅酸鹽等岩石形成的物質組成。”
在伯爾尼大學，”伯爾尼行星形成和演變模型”自2003年以來一直在不斷發展。Christoph Mordasini說：“對參與行星形成和演化的多種過程的洞察力被整合到了這個模型中”。利用這個模型，研究人員能夠計算出冷卻下來的恆星的這種岩石形成材料的成分。 Mordasini說：“然後我們將其與岩質行星進行比較。”
行星宜居性的跡象
“我們的結果表明，我們關於恆星和行星組成的假設並沒有根本性的錯誤：岩質行星的組成確實與它們的主星的組成密切相關。然而，這種關係並不像我們預期的那樣簡單，”該研究的主要作者 Vardan Adibekyan說。科學家們所預期的是，恆星的這些元素的丰度設定了可能的上限。”然而，對於一些行星來說，行星中的鐵丰度甚至高於恆星中的鐵丰度，”Caroline Dorn解釋說，她是這項研究的共同作者，是NCCR PlanetS的成員，也是蘇黎世大學的Ambizione研究員。研究人員說：“這可能是由於對這些行星的巨大撞擊，打破了一些外部的、較輕的材料，而密集的鐵核心仍然存在。因此，該結果可以為科學家提供有關這些行星歷史的線索。”
“這項研究的結果對於約束根據質量和半徑測量得出的計算密度而假設的行星成分也非常有用，”Christoph Mordasini解釋說。Mordasini說：“由於不止一種成分可以適合某種密度，我們的研究結果告訴我們，我們可以根據主星的成分縮小潛在的成分。而且，由於行星的確切成分會影響，例如，它含有多少放射性物質或它的磁場有多強，它可以決定這個行星是否對生命友好。”
使用”行星形成和演化的伯爾尼模型”可以對一個行星是如何形成和如何演化作出說明。伯爾尼模型自2003年以來在伯爾尼大學不斷發展。對涉及行星形成和演化的多種過程的洞察力被整合到該模型中。例如，這些是吸積（行星核心的增長）或行星如何在引力上相互作用和相互影響的子模型，以及形成行星的原行星盤中的過程。該模型還被用來創建所謂的種群綜合，它顯示了在原行星盤的特定條件下，哪些行星的發展頻率如何。