Buiten de enige satelliet van de aarde (de maan) zit het zonnestelsel boordevol manen. In feite heeft Jupiter alleen al 79 bekende natuurlijke satellieten, terwijl Saturnus de meest bekende manen van elk astronomisch lichaam heeft - een robuuste 82. Al geruime tijd hebben astronomen theoretiseerd dat manen ontstaan uit circumplanetaire schijven rond een ouderplaneet en dat de manen en planeet vorm naast elkaar.
Wetenschappers hebben echter meerdere numerieke simulaties uitgevoerd waaruit blijkt dat deze theorie niet klopt. Bovendien zijn de resultaten van deze simulaties niet consistent met wat we in het hele zonnestelsel zien. Gelukkig heeft een team van Japanse onderzoekers onlangs een reeks simulaties uitgevoerd die een beter model opleverden van hoe schijven van gas en stof de soorten maansystemen kunnen vormen die we tegenwoordig zien.
Rond planeten zoals Saturnus worden grote manen zoals Titan gecombineerd met verschillende kleinere manen en honderden kleine manen. De situatie is hetzelfde met Jupiter en Uranus, die een handvol grote satellieten hebben die de meerderheid van de massa in het systeem vormen, terwijl de rest in vergelijking klein of zelfs klein is. Geen van deze voorbeelden komt overeen met wat eerdere modellen van maanvorming hebben getoond.
Om deze ongelijkheid aan te pakken, voerden assistent-professoren Yuri Fujii en Masahiro Ogihara - respectievelijk van Nagoya University en de National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) - een nieuw model van maanvorming uit, dat een meer realistische temperatuurverdeling bevatte op basis van verschillende mate van stof en ijs in de protoplanetaire schijf.
Vervolgens voerden ze met dit model een reeks simulaties uit waarbij rekening werd gehouden met de druk van het gas van de schijf en de invloed die de zwaartekracht van andere satellieten zou hebben. Volgens hun simulaties maakt het door Fujii en Ogihara ontwikkelde model de ontwikkeling mogelijk van een systeem van satellieten dat wordt gedomineerd door een enkele grote maan - zoals we zien bij Titan en Saturnus.
Bovendien ontdekten ze dat het stof in een circumplanetaire schijf een 'veiligheidszone' zou kunnen creëren die zou voorkomen dat de grote maan op de planeet valt terwijl het systeem evolueert. Het scenario waarin dit gebeurt (hieronder weergegeven) bestaat uit vier stappen, waarvan de derde van de vierde plaatsvindt binnen Fujii en Ogihara's simulatie.
In stap één draait een schijf die gas en stof bevat rond de planeet terwijl deze zich vormt en vaste materialen condenseren in de schijf. In stap twee groeien de vaste componenten van de schijf tot de grootte van de satelliet in de circumplanetaire schijf. In fase drie veranderen de banen van deze satellieten geleidelijk door de invloed van gas in de schijf.
Vanaf dit punt komen veel van de satellieten in hun banen dichter bij de planeet en vallen er uiteindelijk in. Ondertussen kan een grote satelliet met een baan in een 'veiligheidszone' afstand houden van de planeet. In de vierde en laatste fase verdwijnt het gas in de schijf en blijft de satelliet die overleeft in de 'veiligheidszone' in een stabiele baan.
"We hebben voor het eerst aangetoond dat er zich een systeem met slechts één grote maan rond een gigantische planeet kan vormen", zei Fujii in een recent persbericht van CFCA. "Dit is een belangrijke mijlpaal om de oorsprong van Titan te begrijpen."
Het model heeft echter beperkingen als het gaat om Titan en andere maansystemen in ons zonnestelsel - die allemaal miljarden jaren geleden samen met de zonneplaneten zijn gevormd. Aan de positieve kant kan het erg nuttig zijn voor astronomen die momenteel exoplaneetsystemen bestuderen die zich nog in formatie bevinden. Zoals Ogihara uitlegde:
“Het zou moeilijk zijn om te onderzoeken of Titan dit proces daadwerkelijk heeft ervaren. Ons scenario kan worden geverifieerd door onderzoek van satellieten rond planeten buiten het zonnestelsel. Als er veel single-exomoon-systemen worden gevonden, zullen de vormingsmechanismen van dergelijke systemen een gloeiend heet probleem worden. ”
De studie die hun bevindingen beschrijft, getiteld "Vorming van eenmansystemen rond gasreuzen", verscheen onlangs in het tijdschrift Astronomie en astrofysica. En zorg ervoor dat je deze video bekijkt
