Er is een nieuw type planeet in de stad, hoewel je die niet zult vinden in verouderde zonnestelsels zoals die van ons. Het is meer een stadium van vorming waar planeten zoals de aarde doorheen kunnen gaan. En het bestaan ervan helpt de relatie tussen de aarde en onze maan te verklaren.
Het nieuwe type planeet is een enorme, draaiende, donutvormige massa van hete, verdampte rotsen, gevormd als objecten van planeetformaat die in elkaar botsen. Het paar wetenschappers achter de studie die dit nieuwe type planeet uitlegt, heeft het een 'synestie' genoemd. Simon Lock, een afgestudeerde student aan de Harvard University, en Sarah Stewart, een professor aan de afdeling Aard- en Planetaire Wetenschappen van de Universiteit van Californië, Davis zegt dat de aarde ooit een synestie was.
De huidige theorie van planetaire vorming gaat als volgt: wanneer zich een ster vormt, beweegt het overgebleven materiaal rond de ster. Dit overgebleven materiaal wordt een protoplanetaire schijf genoemd. Het materiaal stolt tot grotere lichamen terwijl de kleinere botsen en samenkomen.
Naarmate de lichamen groter en groter worden, wordt de kracht van hun botsingen steeds groter en wanneer twee grote lichamen botsen, smelt hun rotsachtige materiaal. Vervolgens koelt het nieuw gecreëerde lichaam af en wordt het bolvormig. Het is duidelijk dat dit is hoe de aarde en de andere rotsachtige planeten in ons zonnestelsel zijn gevormd.
Lock en Stewart keken naar dit proces en vroegen wat er zou gebeuren als het resulterende lichaam snel ronddraaide.
Wanneer een lichaam draait, komt de wet van behoud van impulsmoment in het spel. Die wet zegt dat een draaiend lichaam zal draaien totdat een extern koppel het vertraagt. Het vaak gebruikte voorbeeld van kunstschaatsen helpt dit te verklaren.
Als je ooit kunstschaatsers hebt gezien, en wie niet, dan zijn hun acties erg leerzaam. Wanneer een enkele schaatser snel ronddraait, strekt ze haar armen uit om de draaisnelheid te vertragen. Als ze haar armen weer in haar lichaam vouwt, versnelt ze weer. Haar impulsmoment blijft behouden.
Deze korte video toont kunstschaatsers en natuurkunde in actie.
Als je niet van kunstschaatsen houdt, gebruikt deze de aarde om het impulsmoment uit te leggen.
Neem nu het voorbeeld van een paar kunstschaatsers. Wanneer ze allebei draaien, en ze samenkomen door elkaars handen en armen vast te houden, wordt hun impulsmoment bij elkaar opgeteld en behouden.
Vervang twee kunstschaatsers door twee planeten, en dit is wat de twee wetenschappers achter de studie wilden modelleren. Wat zou er gebeuren als twee grote lichamen met een hoge energie en een hoog impulsmoment met elkaar in botsing zouden komen?
Als de twee lichamen voldoende hoge temperaturen en voldoende impulsmoment zouden hebben, zou er een nieuw type planetaire structuur ontstaan: de synestie. "We hebben gekeken naar de statistieken van gigantische inslagen en we hebben ontdekt dat ze een compleet nieuwe structuur kunnen vormen", zei Stewart.
"We hebben gekeken naar de statistieken van gigantische inslagen en we hebben ontdekt dat ze een compleet nieuwe structuur kunnen vormen." - Professor Sarah Stewart, Department of Earth and Planetary Sciences aan de University of California, Davis.
Zoals uitgelegd in een persbericht van de UC Davis, moet er, om een synestie te vormen, een deel van het verdampte materiaal van de botsing de ruimte in gaan. Als een bol stevig is, draait elk punt erop met dezelfde snelheid, zo niet met dezelfde snelheid. Maar wanneer een deel van het materiaal is verdampt, neemt het volume toe. Als het voldoende uitzet en als het snel genoeg beweegt, verlaat het de baan en vormt het een enorme schijfvormige synestie.
Andere theorieën hebben gesuggereerd dat twee lichamen die groot genoeg zijn na botsing een ronddraaiende gesmolten massa kunnen vormen. Maar als de twee lichamen een voldoende hoge energie en temperatuur hadden om een deel van het gesteente te verdampen, zou de resulterende synestie een veel grotere ruimte innemen.
"Het belangrijkste probleem bij het zoeken naar synestia rond andere sterren is dat ze niet lang meegaan. Dit zijn voorbijgaande, evoluerende objecten die gemaakt zijn tijdens planeetvorming. ” Professor Sarah Stewart, UC Davis.
Deze synestieën duren waarschijnlijk niet lang. Ze koelden snel af en condenseerden weer in rotsachtige lichamen. Voor een lichaam zo groot als de aarde, duurt de synestie misschien maar honderd jaar.
De synestia-structuur werpt enig licht op hoe manen worden gevormd. De aarde en de maan lijken qua samenstelling erg op elkaar, dus het is waarschijnlijk dat ze zijn ontstaan als gevolg van een botsing. Het is mogelijk dat de aarde en de maan uit dezelfde synestie zijn gevormd.
Deze synestieën zijn gemodelleerd, maar niet nageleefd. De James Webb-ruimtetelescoop heeft echter de kracht om in protoplanetaire schijven te turen en planeten te zien vormen. Zal het een synestie waarnemen?
"Dit zijn voorbijgaande, evoluerende objecten die gemaakt zijn tijdens planeetvorming." Professor Sarah Stewart, UC Davis
In een e-mailuitwisseling met Space Magazine vertelde Dr. Sarah Stewart van UC Davis, een van de wetenschappers achter de studie, ons dat "Het belangrijkste probleem bij het zoeken naar synestia rond andere sterren is dat ze niet lang meegaan. Dit zijn voorbijgaande, evoluerende objecten die gemaakt zijn tijdens planeetvorming. ”
“Dus de beste gok voor het vinden van een rotsachtige synestie zijn jonge systemen waarbij het lichaam zich dicht bij de ster bevindt. Voor gasreuzenplaneten kunnen ze een synestie vormen voor een periode van hun vorming. We zijn bijna in staat om circumplanetaire schijven in andere sterrenstelsels in beeld te brengen. ”
Zodra we de mogelijkheid hebben om planeten in hun circumstellaire schijven te observeren, kunnen we ontdekken dat synestieën vaker voorkomen dan zeldzaam. In feite kunnen planeten meerdere keren door de synestia-fase gaan. Dr. Stewart vertelde ons dat “Op basis van de statistieken in ons artikel verwachten we dat de meeste (meer dan de helft) rotsachtige planeten die zich op een vergelijkbare manier als de aarde vormen, een of meerdere keren synestia werden tijdens de gigantische impactfase van accretie. "
