Wissenschaftler schlagen eine neue Art von Planeten vor: Ein zertrümmerter Torus aus heißem, verdampftem Gestein

Es gibt einen neuen Planetentyp in der Stadt, obwohl Sie ihn in hochaltrigen Sonnensystemen wie unserem eigenen nicht finden werden. Es ist eher eine Formationsphase, die Planeten wie die Erde durchlaufen können. Und seine Existenz hilft, die Beziehung zwischen Erde und unserem Mond zu erklären.

Der neue Planetentyp ist eine riesige, sich drehende, donutförmige Masse aus heißem, verdampftem Gestein, die aus planetengroßen Objekten gebildet wird, die ineinander prallen. Das Wissenschaftlerpaar hinter dem lernen die diesen neuen Planetentyp erklären, haben ihn als 'Synestie' bezeichnet. Simon Lock, ein Doktorand an der Harvard University, und Sarah Stewart, Professorin am Department of Earth and Planetary Sciences an der University of California, Davis, sagen, dass die Erde bei einmal eine Synestie.

Gesteinsplaneten wie die Erde werden im Laufe der Zeit aus kleineren Körpern gebildet. Objekte mit hoher Energie und hohem Drehimpuls könnten eine Synestia bilden, ein vorübergehendes Stadium der Planetenentstehung, in dem verdampftes Gestein den Rest des Körpers umkreist. In diesem Bild hat jede der drei Stufen die gleiche Masse. Bild: Simon Lock, Harvard University

Die aktuelle Theorie der Planetenentstehung geht so: Wenn ein Stern entsteht, bewegt sich das übrig gebliebene Material um den Stern herum. Dieses übrig gebliebene Material heißt a protoplanetare Scheibe . Das Material koaguliert zu größeren Körpern, wenn die kleineren kollidieren und sich verbinden.

Wenn die Körper größer und größer werden, wird die Kraft ihrer Kollisionen immer größer, und wenn zwei große Körper kollidieren, schmilzt ihr Gesteinsmaterial. Dann kühlt der neu geschaffene Körper ab und wird kugelförmig. Es versteht sich, dass die Erde und die anderen Gesteinsplaneten in unserem Sonnensystem so entstanden sind.

Lock und Stewart sahen sich diesen Vorgang an und fragten, was passieren würde, wenn sich der resultierende Körper schnell drehte.

Wenn sich ein Körper dreht, gilt das Gesetz von Drehimpulserhaltung kommt ins Spiel. Dieses Gesetz besagt, dass sich ein rotierender Körper dreht, bis ein äußeres Drehmoment ihn verlangsamt. Das oft verwendete Beispiel aus dem Eiskunstlauf hilft dabei, dies zu erklären.

Wenn Sie jemals Eiskunstläufer gesehen haben und wer nicht, ihre Aktionen sind sehr lehrreich. Wenn sich eine einzelne Skaterin schnell dreht, streckt sie ihre Arme aus, um die Drehung zu verlangsamen. Als sie die Arme wieder in den Körper verschränkt, beschleunigt sie wieder. Ihr Drehimpuls bleibt erhalten.

Dieses kurze Video zeigt Eiskunstläufer und Physik in Aktion.

Wenn Sie Eiskunstlauf nicht mögen, verwendet dieser die Erde, um den Drehimpuls zu erklären.

Nehmen Sie nun das Beispiel von einem Paar Eiskunstläufern. Wenn sich beide drehen und die beiden sich an Händen und Armen zusammenhalten, addiert sich ihr Drehimpuls und bleibt erhalten.

Zwei Eiskunstläufer durch zwei Planeten ersetzen, das wollten die beiden Wissenschaftler hinter der Studie modellieren. Was würde passieren, wenn zwei große Körper mit hoher Energie und hohem Drehimpuls aufeinanderprallen?

Hätten die beiden Körper genügend hohe Temperaturen und einen ausreichend hohen Drehimpuls, würde sich eine neuartige Planetenstruktur bilden: die Synestia. „Wir haben uns die Statistiken riesiger Einschläge angesehen und festgestellt, dass sie eine völlig neue Struktur bilden können“, sagte Stewart.

„Wir haben uns die Statistiken von Rieseneinschlägen angesehen und festgestellt, dass sie eine völlig neue Struktur bilden können.“ – Professorin Sarah Stewart, Department of Earth and Planetary Sciences an der University of California, Davis.

Wie in a . erklärt Pressemitteilung von der UC Davis, damit sich eine Synestia bilden kann, muss ein Teil des verdampften Materials aus der Kollision in die Umlaufbahn gelangen. Wenn eine Kugel fest ist, dreht sich jeder Punkt auf ihr mit der gleichen Geschwindigkeit, wenn nicht sogar mit der gleichen Geschwindigkeit. Aber wenn ein Teil des Materials verdampft, dehnt sich sein Volumen aus. Wenn es sich ausreichend ausdehnt und sich schnell genug bewegt, verlässt es die Umlaufbahn und bildet eine riesige scheibenförmige Synestie.

Andere Theorien haben vorgeschlagen, dass zwei Körper, die groß genug sind, nach einer Kollision eine umlaufende geschmolzene Masse bilden könnten. Aber wenn die Energie und Temperatur der beiden Körper hoch genug wären, um einen Teil des Gesteins zu verdampfen, würde die resultierende Synestia einen viel größeren Raum einnehmen.

„Das Hauptproblem bei der Suche nach Synestien um andere Stars herum ist, dass sie nicht lange anhalten. Dies sind vorübergehende, sich entwickelnde Objekte, die während der Planetenentstehung hergestellt werden.“ – Professorin Sarah Stewart, UC Davis.

Diese Synestien würden wahrscheinlich nicht sehr lange anhalten. Sie würden schnell abkühlen und wieder zu felsigen Körpern kondensieren. Für einen Körper von der Größe der Erde könnte die Synestie nur hundert Jahre dauern.

Die Synestia-Struktur gibt Aufschluss über die Entstehung von Monden. Die Erde und der Mond sind in ihrer Zusammensetzung sehr ähnlich, daher ist es wahrscheinlich, dass sie durch eine Kollision entstanden sind. Es ist möglich, dass Erde und Mond aus derselben Synestie entstanden sind.

Diese Synestien wurden modelliert, aber nicht beobachtet. Das James-Webb-Weltraumteleskop wird jedoch die Möglichkeit haben, in protoplanetare Scheiben zu blicken und die Entstehung von Planeten zu beobachten. Wird es eine Synestie beobachten?

„Dies sind vergängliche, sich entwickelnde Objekte, die während der Planetenentstehung entstehen.“ – Professorin Sarah Stewart, UC Davis

In einem E-Mail-Austausch mit Universe Today sagte uns Dr. Sarah Stewart von der UC Davis, eine der Wissenschaftlerinnen hinter der Studie: „Das Hauptproblem bei der Suche nach Synestien um andere Sterne herum ist, dass sie nicht lange anhalten. Dies sind vorübergehende, sich entwickelnde Objekte, die während der Planetenentstehung hergestellt werden.“

„Die beste Wahl, um eine felsige Synestie zu finden, sind junge Systeme, bei denen sich der Körper in der Nähe des Sterns befindet. Bei Gasriesenplaneten können sie für einen Zeitraum ihrer Entstehung eine Synestia bilden. Wir nähern uns der Möglichkeit, zirkumplanetare Scheiben in anderen Sternensystemen abzubilden.“

Sobald wir die Möglichkeit haben, die Bildung von Planeten in ihren zirkumstellaren Scheiben zu beobachten, werden wir möglicherweise feststellen, dass Synestien häufiger als selten sind. Tatsächlich können Planeten die Synestia-Phase mehrmals durchlaufen. Dr. Stewart sagte uns: „Basierend auf den in unserem Artikel präsentierten Statistiken erwarten wir, dass die meisten (mehr als die Hälfte) der Gesteinsplaneten, die sich ähnlich wie die Erde bilden, während des riesigen Einschlagstadiums der Akkretion ein- oder mehrmals Synestien wurden. ”