Unge Jupiter blev ramt frontalt af en massiv nyfødt planet

En kolossal, frontal kollision mellem Jupiter og en stadig dannende planet i det tidlige solsystem, for omkring 4,5 milliarder år siden, kunne forklare overraskende aflæsninger fra NASAs Juno-rumfartøj, ifølge en undersøgelse i denne uge i tidsskriftet Natur .

Astronomer fra Rice University og Kinas Sun Yat-sen University siger, at deres direkte indvirkningsscenarie kan forklare Junos tidligere forvirrende gravitationsmålinger, hvilket tyder på, at Jupiters kerne er mindre tæt og mere udvidet end forventet.

"Det er forvirrende, " sagde Rice astronom og studie medforfatter Andrea Isella. "Det tyder på, at der skete noget, der rørte op i kernen, og det er her, den gigantiske effekt kommer i spil."

Isella sagde førende teorier om planetdannelse tyder på, at Jupiter begyndte som en tæt, stenet eller iset planet, der senere samlede sin tykke atmosfære fra den oprindelige skive af gas og støv, der fødte vores sol.

Isella sagde, at han var skeptisk, da studiets hovedforfatter Shang-Fei Liu første gang foreslog ideen om, at dataene kunne forklares med en gigantisk påvirkning, der rørte Jupiters kerne, blanding af det tætte indhold af sin kerne med mindre tætte lag over. Liu, en tidligere postdoktor i Isellas gruppe, er nu medlem af fakultetet på Sun Yat-sen i Zhuhai, Kina.

"Det lød meget usandsynligt for mig, "Isella huskede, "som en sandsynlighed på én ud af en trillion. Men Shang-Fei overbeviste mig, ved forskydningsberegning, at dette ikke var så usandsynligt."

Forskerholdet kørte tusindvis af computersimuleringer og fandt ud af, at en hurtigt voksende Jupiter kan have forstyrret kredsløbene for nærliggende "planetariske embryoner, "protoplaneter, der var i de tidlige stadier af planetdannelse.

Liu sagde, at beregningerne omfattede estimater af sandsynligheden for kollisioner under forskellige scenarier og fordelingen af ​​anslagsvinkler. I alle tilfælde, Liu og kolleger fandt ud af, at der var mindst 40 % chance for, at Jupiter ville sluge et planetarisk embryo inden for dets første par millioner år. Ud over, Jupiter masseproducerede "stærk gravitationsfokusering", der gjorde frontale kollisioner mere almindelige end græssende.

Isella sagde, at kollisionsscenariet blev endnu mere overbevisende, efter at Liu kørte 3-D computermodeller, der viste, hvordan en kollision ville påvirke Jupiters kerne.

"Fordi det er tæt, og det kommer ind med en masse energi, stødlegemet ville være som en kugle, der går gennem atmosfæren og rammer kernen frontalt, " sagde Isella. "Før påvirkning, du har en meget tæt kerne, omgivet af atmosfære. Den frontale påvirkning spreder tingene ud, fortynding af kernen."

Påvirkninger i en græsningsvinkel kan resultere i, at den ramte planet bliver gravitationelt fanget og gradvist synker ned i Jupiters kerne, og Liu sagde, at mindre planetariske embryoner omtrent lige så massive som Jorden ville gå i opløsning i Jupiters tykke atmosfære.

"Det eneste scenarie, der resulterede i en kernedensitetsprofil svarende til, hvad Juno måler i dag, er et frontalt sammenstød med et planetarisk embryo, der er omkring 10 gange mere massivt end Jorden, " sagde Liu.

Isella sagde, at beregningerne tyder på, at selvom denne påvirkning skete for 4,5 milliarder år siden, "det kunne stadig tage mange, mange milliarder år for det tunge materiale at sætte sig tilbage i en tæt kerne under de omstændigheder, som avisen foreslår."

Isella, som også er medforsker på det risbaserede, NASA-finansieret CLEVER Planets projekt, sagde undersøgelsens implikationer rækker ud over vores solsystem.

"Der er astronomiske observationer af stjerner, der kan forklares af denne slags begivenheder, " han sagde.

"Dette er stadig et nyt felt, så resultaterne er langt fra solide, men som nogle mennesker har ledt efter planeter omkring fjerne stjerner, de ser nogle gange infrarøde emissioner, der forsvinder efter et par år, " sagde Isella. "En idé er, at hvis du ser på en stjerne, mens to klippeplaneter støder frontalt sammen og splintres, du kunne skabe en sky af støv, der absorberer stjernernes lys og genudsender det. Så, du ser et glimt, i den forstand, at nu har du denne støvsky, der udsender lys. Og så efter noget tid, støvet forsvinder, og den emission forsvinder."

Juno-missionen var designet til at hjælpe videnskabsmænd med bedre at forstå Jupiters oprindelse og evolution. Rumfartøjet, som blev lanceret i 2011, bærer instrumenter til at kortlægge Jupiters gravitations- og magnetfelter og sondere planetens dybe, indre struktur.

Yderligere medforfattere til undersøgelsen omfatter Yasunori Hori fra Astrobiology Center of Japan, Simon Müller og Ravit Helled fra Zürich Universitet, Xiaochen Zheng fra Tsinghua University i Beijing og Doug Lin fra begge University of California, Santa Cruz, og Tsinghua University i Beijing.