Der er en ny type planet i byen, skønt du ikke finder den i velalderne solsystemer som vores egen. Det er mere et stadie af dannelse, som planeter som Jorden kan gå igennem. Og dens eksistens hjælper med at forklare forholdet mellem Jorden og vores måne.
Den nye type planet er en enorm, spinding, doughnutformet masse af varm, fordampet klippe, dannet som planetstore genstande smadrer ind i hinanden. Parret af forskere bag undersøgelsen, der forklarer denne nye planettype, har kaldt det en 'synestia'. Simon Lock, en kandidatstuderende ved Harvard University, og Sarah Stewart, en professor i Institut for Jord- og Planetenskab ved University of California, Davis, siger, at Jorden på et tidspunkt var en synestia.
Den nuværende teori om planetdannelse går sådan: Når en stjerne dannes, er det resterende materiale i bevægelse omkring stjernen. Dette resterende materiale kaldes en protoplanetær disk. Materialet koagulerer i større kroppe, når de mindre kolliderer og går sammen.
Efterhånden som kropperne bliver større og større, bliver kraften i deres kollisioner større og større, og når to store kroppe kolliderede, smelter deres stenede materiale. Derefter afkøles det nyoprettede legeme og bliver sfærisk. Det er forstået, at det er sådan, Jorden og de andre stenede planeter i vores solsystem dannede.
Lock og Stewart kiggede på denne proces og spurgte, hvad der ville ske, hvis den resulterende krop snurrede hurtigt.
Når et legeme roterer, kommer loven om bevarelse af vinkelmoment ind i spillet. Denne lov siger, at et spinnende organ vil dreje, indtil et eksternt drejningsmoment bremser det. Det ofte anvendte eksempel fra kunstskøjteløb hjælper med at forklare dette.
Hvis du nogensinde har set figurskatere, og som ikke har det, er deres handlinger meget lærerige. Når en enkelt skater roterer hurtigt, strækker hun sine arme ud for at bremse hastigheden på spin. Når hun folder armene tilbage i kroppen, fremskyndes hun igen. Hendes vinkelmoment bevares.
Denne korte video viser kunstskatere og fysik i aktion.
Hvis du ikke kan lide kunstskøjteløb, bruger denne Jorden til at forklare vinkelmoment.
Tag nu eksemplet fra et par kunstskatere. Når de begge drejer, og de to går sammen ved at holde hinandens hænder og arme, tilføjes deres vinkelmoment sammen og bevares.
Udskift to figurskatere med to planeter, og det er dette, de to forskere bag undersøgelsen ville modellere. Hvad ville der ske, hvis to store kroppe med høj energi og høj vinkelmoment kolliderede med hinanden?
Hvis de to kroppe havde høje nok temperaturer og høj nok vinkelmoment, ville der dannes en ny type planetarisk struktur: synestien. ”Vi kiggede på statistikken over gigantiske virkninger, og vi fandt, at de kan danne en helt ny struktur,” sagde Stewart.
”Vi kiggede på statistikken over gigantiske påvirkninger, og vi fandt, at de kan danne en helt ny struktur.” - Professor Sarah Stewart, Institut for Jord- og Planetenskab ved University of California, Davis.
Som forklaret i en pressemeddelelse fra UC Davis, for at der dannes en synestia, skal noget af det fordampede materiale fra kollisionen gå i kredsløb. Når en kugle er solid, roterer hvert punkt på den samme hastighed, hvis ikke den samme hastighed. Men når noget af materialet fordampes, udvides dets volumen. Hvis det udvides nok, og hvis det bevæger sig hurtigt nok, forlader det bane og danner en enorm skiveformet synestia.
Andre teorier har foreslået, at to store nok legemer kunne danne en kredsende smeltet masse efter kollision. Men hvis de to kroppe havde høj nok energi og temperatur til at fordampe noget af klippen, ville de resulterende synestier besætte en meget større plads.
”Det største problem med at lede efter synestier omkring andre stjerner er, at de ikke holder længe. Disse er kortvarige, udviklende objekter, der er lavet under planetdannelse. ” - Professor Sarah Stewart, UC Davis.
Disse synestier ville sandsynligvis ikke vare meget længe. De afkøles hurtigt og kondenseres tilbage i stenede kroppe. For et legeme på jordens størrelse kan synestia muligvis kun vare hundrede år.
Synestia-strukturen kaster noget lys over, hvordan måner dannes. Jorden og månen er meget ens med hensyn til sammensætning, så det er sandsynligt, at de dannede sig som et resultat af en kollision. Det er muligt, at Jorden og Månen dannede sig fra samme synestia.
Disse synestier er blevet modelleret, men de er ikke blevet observeret. Imidlertid vil James Webb-rumteleskopet have magten til at kaste sig ind i protoplanetære diske og se planeter, der dannes. Vil den observere en synestia?
”Dette er kortvarige, udviklende objekter, der er lavet under planetdannelse.” - Professor Sarah Stewart, UC Davis
I en e-mail-udveksling med Space Magazine fortalte Dr. Sarah Stewart fra UC Davis, en af forskerne bag undersøgelsen, at ”Det største problem med at lede efter synestier omkring andre stjerner er, at de ikke holder længe. Disse er kortvarige, udviklende objekter, der er lavet under planetdannelse. ”
”Så det bedste alternativ til at finde en stenet synestia er unge systemer, hvor kroppen er tæt på stjernen. For gasgigantplaneter kan de danne en synestia i en periode af deres dannelse. Vi kommer tæt på at kunne forestille os circumplanetary diske i andre stjernesystemer. ”
Når vi først har haft evnen til at observere planeter, der dannes i deres cirkumstellariske diske, kan vi opleve, at synestier er mere almindelige end sjældne. Faktisk kan planeter muligvis gennemgå synestia-fasen flere gange. Dr. Stewart fortalte os, at ”Baseret på de statistikker, der er præsenteret i vores papir, forventer vi, at de fleste (mere end halvdelen) af stenede planeter, der dannes på en måde, der ligner Jorden, blev synestier en eller flere gange i gigantiske påvirkningsstadiet. ”
