Supercomputer-simuleringer kunne låse op for mysteriet om månernes dannelse

Astronomer har taget et skridt i retning af at forstå, hvordan Månen kunne være dannet ud af en gigantisk kollision mellem den tidlige Jord og et andet massivt objekt for 4,5 milliarder år siden.

Forskere ledet af Durham University, Storbritannien, kørte supercomputersimuleringer på DiRAC High-Performance Computing-faciliteten for at sende en planet på størrelse med Mars – kaldet Theia – styrtende ind i den tidlige Jord.

Deres simuleringer producerede et kredsende legeme, der potentielt kunne udvikle sig til et månelignende objekt.

Mens forskerne er omhyggelige med at sige, at dette ikke er et endeligt bevis for Månens oprindelse, de tilføjer, at det kunne være et lovende stadium i forståelsen af, hvordan vores nærmeste nabo kunne have dannet sig.

Resultaterne er offentliggjort i tidsskriftet Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society .

Månen menes at være dannet i en kollision mellem den tidlige Jord og Theia, som videnskabsmænd mener kunne have været en gammel planet i vores solsystem, på størrelse med Mars.

Forskere kørte simuleringer for at spore materiale fra den tidlige Jord og Theia i fire dage efter deres kollision, derefter kørte andre simuleringer efter at have snurret Theia som en poolbold.

Den simulerede kollision med den tidlige Jord gav forskellige resultater afhængigt af størrelsen og retningen af ​​Theias indledende spin.

I den ene yderpunkt smeltede sammenstødet de to genstande sammen, mens der i den anden var et græssende hit-and-run-påvirkning.

Vigtigt, simuleringen, hvor der ikke blev tilføjet noget spin til Theia, producerede en selvgraviterende klump af materiale med en masse på omkring 80 procent af Månen, mens et andet måne-lignende objekt blev skabt, da en lille mængde spin blev tilføjet.

Den resulterende klump, som sætter sig i et kredsløb omkring Jorden efter sammenstødet, ville vokse ved at feje skiven af ​​affald omkring vores planet op.

Den simulerede klump har også en lille jernkerne, ligner månens, med et ydre lag af materialer bestående af den tidlige Jord og Theia.

Nylige analyser af ilt-isotopforhold i måneprøverne indsamlet af Apollo-rummissionerne tyder på, at en blanding af tidligt jord- og stødmateriale kunne have dannet Månen.

Hovedforfatter Sergio Ruiz-Bonilla, en ph.d. forsker ved Durham University's Institute for Computational Cosmology, sagde:"Ved at tilføje forskellige mængder spin til Theia i simuleringer, eller ved slet ikke at have noget spin, det giver dig en lang række forskellige udfald for, hvad der kunne være sket, da den tidlige Jord blev ramt af et massivt objekt for alle disse milliarder af år siden.

"Det er spændende, at nogle af vores simuleringer producerede denne kredsende klump af materiale, der relativt set ikke er meget mindre end Månen, med en skive af yderligere materiale rundt om Jorden efter sammenstødet, som ville hjælpe klumpen med at vokse i masse over tid.

"Jeg vil ikke sige, at dette er Månen, men det er bestemt et meget interessant sted at fortsætte med at lede."

Det Durham-ledede forskerhold planlægger nu at køre yderligere simuleringer, der ændrer massen, hastighed og spinningshastighed for både målet og stødlegemet for at se, hvilken effekt dette har på dannelsen af ​​en potentiel måne.

Medforfatter Dr. Vincent Eke, fra Durham University's Institute for Computational Cosmology, sagde:"Vi får en række forskellige resultater afhængigt af, om vi introducerer spin til Theia eller ej, før den styrter ned i den tidlige Jord.

"Det er særligt fascinerende, at når Theia ikke får noget spin eller meget lidt spin, at påvirkningen med den tidlige Jord efterlader et spor af snavs, som i nogle tilfælde omfatter en krop, der er stor nok til at fortjene at blive kaldt en proto-måne.

"Der kan meget vel være en række mulige kollisioner, som endnu ikke er blevet undersøgt, og som kan få os endnu tættere på at forstå, hvordan Månen blev dannet i første omgang."