Undersøgelse viser, hvordan iskolde ydre solsystemsatellitter kan være dannet

En ny undersøgelse foretaget af planetforskere ved Brown University viser i detaljer, hvordan iskolde ydre solsystemsatellitter som Jupiters måner Europa og Callisto kan være dannet af de hvirvlende skiver af gas og støv, der er tilbage fra planetdannelsen.

Forskningen, offentliggjort i _Astrophysical Journal_, giver det første detaljerede kig på, hvordan disse fjerne, havbærende verdener kunne være blevet til.

"Tidligere teoretiske undersøgelser har foreslået, hvordan disse satellitter kunne have dannet sig ud fra den originale protoplanetariske disk, men vi havde ikke lavet de detaljerede beregninger, der kræves for at se, om denne dannelsesmekanisme rent faktisk ville fungere," sagde studiets medforfatter Alexandra Craddock, en postdoktoral forsker. i Browns Department of Earth, Environmental and Planetary Sciences. "Her viser vi, hvordan processen kunne have fungeret i 3D."

Til deres beregninger brugte forskerne en sofistikeret computerkode kaldet AREPO, der tidligere var blevet brugt til at simulere diskdannelse og planetvandring i det indre solsystem. De begyndte med at simulere en forholdsvis tynd skive af materiale omkring en ung sol, der strakte sig ud til, hvor Jupiter til sidst ville dannes.

Inden i denne skive såde de små, stenede "embryoner", som til sidst ville vokse til planeter. De såede også disken med meget små støvpartikler, der gradvist ville vokse til større iskolde kroppe gennem sammenstød og stikning.

Over tid fik vekselvirkninger mellem de voksende planeter og skiven, såvel som mellem planeterne selv, Jupiter og dens stenede kerne til at migrere indad.

"Da Jupiter migrerede indad, forstyrrede det skivematerialet, der var bagved det," sagde studielederforfatter Anders Johansen, professor i Browns Institut for Jord-, Miljø- og Planetvidenskab. "I det væsentlige ryddede Jupiter et hul i skiven."

På hver side af denne ryddede vej observerede forskerne, at de iskolde støvpartikler kolliderede og begyndte at "føle" hinandens tyngdekraft - hvilket førte til større kollisioner og hurtig vækst.

"I disse regioner forløb ophobningen af ​​iskoldt materiale meget hurtigt," sagde Johansen. "På kun nogle få titusinder af år kunne måner på størrelse med Europa eller Callisto dannes."

Holdet var overrasket over at se, hvor hurtigt de iskolde måner voksede.

"Vi forventede ikke, at satellitter ville dannes så hurtigt, især på de yderste dele af disken, hvor kredsløbstider er lange," sagde Johansen. "Dette er sandsynligvis, hvad der også skete i de protoplanetariske skiver omkring andre stjerner, og det kan måske forklare, hvorfor vi nu almindeligvis finder store iskolde måner, der kredser om gigantiske planeter."

Der er stadig meget, som forskerne ikke ved om dannelsen af ​​satellitter i vores egne og andre solsystemer, bemærkede Johansen, og der er endnu ingen måde at direkte observere disse processer.

"Men med modeller som denne kan vi simulere de forhold, der sandsynligvis eksisterede i det tidlige solsystem og begynde at forstå, hvordan planeterne og månerne, der fylder det, blev til," sagde han.