Det finns en ny typ av planet i stan, även om du inte hittar den i välåldrade solsystem som vår egen. Det är mer ett formationsstadium som planeter som Jorden kan gå igenom. Och dess existens hjälper till att förklara förhållandet mellan Jorden och vår måne.
Den nya typen av planet är en enorm, snurrande, munkformad massa av hett, förångat berg, bildat som planetstorlekar slår i varandra. Paret av forskare bakom studien som förklarar den nya planettypen har betecknat det som en "synestia." Simon Lock, en doktorand vid Harvard University, och Sarah Stewart, professor vid Institutionen för jord- och planetiska vetenskaper vid University of California, Davis, säger att jorden på en gång var en synestia.
Den nuvarande teorin om planetbildning bildar så här: När en stjärna bildas, är det kvarvarande materialet i rörelse runt stjärnan. Detta kvarvarande material kallas en protoplanetär disk. Materialet koaguleras till större kroppar när de mindre kolliderar och sammanfogas.
När kropparna blir större och större blir kraften i deras kollisioner större och större, och när två stora kroppar kolliderade smälter deras steniga material. Sedan svalnar den nyskapade kroppen och blir sfärisk. Det är underförstått att detta är hur Jorden och de andra steniga planeterna i vårt solsystem bildades.
Lock och Stewart tittade på denna process och frågade vad som skulle hända om den resulterande kroppen snurrade snabbt.
När en kropp snurrar kommer lagen om bevarande av vinkelmoment in i spelet. Den lagen säger att en snurrande kropp snurrar tills ett yttre vridmoment saktar ner det. Det ofta använda exemplet från konståkning hjälper till att förklara detta.
Om du någonsin har sett konståkare och som inte har det, är deras handlingar mycket lärorika. När en enda skridskoåkare snurrar snabbt sträcker hon ut armarna för att bromsa snurrfrekvensen. När hon viker tillbaka armarna i kroppen, påskyndas hon igen. Hennes vinkelmoment bevaras.
Den här korta videon visar figurskridåkare och fysik i aktion.
Om du inte gillar konståkning, använder den här jorden för att förklara vinkelmoment.
Ta nu exemplet från ett par åkare. När de båda vänder sig, och de två går ihop genom att hålla varandras händer och armar, läggs deras vinkelmoment samman och bevaras.
Byt ut två konståkare med två planeter, och det är vad de två forskarna bakom studien ville modellera. Vad skulle hända om två stora kroppar med hög energi och hög vinkelmoment kolliderade med varandra?
Om de två kropparna hade tillräckligt höga temperaturer och högt tillräckligt vinkelmoment, skulle en ny typ av planetstruktur bildas: synestia. "Vi tittade på statistiken över gigantiska effekter, och vi fann att de kan bilda en helt ny struktur," sade Stewart.
"Vi tittade på statistiken över gigantiska effekter och vi fann att de kan bilda en helt ny struktur." - Professor Sarah Stewart, Institutionen för jord- och planetariska vetenskaper vid University of California, Davis.
Som förklarats i ett pressmeddelande från UC Davis, för att en synestia ska bildas, måste något av det förångade materialet från kollisionen gå in i bana. När en sfär är fast roterar varje punkt på samma hastighet, om inte samma hastighet. Men när en del av materialet förångas expanderar dess volym. Om den expanderar tillräckligt, och om den rör sig tillräckligt snabbt, lämnar den bana och bildar en enorm skivformad synestia.
Andra teorier har föreslagit att två tillräckligt stora kroppar kan bilda en kretsande smält massa efter kollision. Men om de två kropparna hade tillräckligt med energi och temperatur för att förånga en del av berget, skulle de resulterande synestierna uppta ett mycket större utrymme.
”Huvudproblemet med att leta efter synestier runt andra stjärnor är att de inte håller länge. Dessa är kortvariga, utvecklande föremål som skapas under planetbildning. " - Professor Sarah Stewart, UC Davis.
Dessa synestias skulle troligtvis inte vara så länge. De svalnade snabbt och kondenserade tillbaka till steniga kroppar. För en kropp på jordens storlek kan synestia bara pågå hundra år.
Synestia-strukturen belyser hur måner bildas. Jorden och månen är mycket lika när det gäller sammansättning, så det är troligt att de bildades som ett resultat av en kollision. Det är möjligt att jorden och månen bildades av samma synestia.
Dessa synestior har modellerats, men de har inte observerats. James Webb Space Telescope kommer emellertid att ha makten att kika in i protoplanetära diskar och se planeter som bildas. Kommer det att observera en synestia?
"Dessa är kortvariga, utvecklande föremål som skapas under planetbildning." - Professor Sarah Stewart, UC Davis
I ett e-postutbyte med Space Magazine berättade Dr. Sarah Stewart från UC Davis, en av forskarna bakom studien, att "Huvudproblemet med att leta efter synestier runt andra stjärnor är att de inte håller länge. Dessa är kortvariga, utvecklande föremål som skapas under planetbildning. "
”Så det bästa sättet att hitta en stenig synestia är unga system där kroppen ligger nära stjärnan. För gasjätteplaneter kan de bilda en synestia under en period av deras bildning. Vi närmar oss att kunna avbilda circumplanetary diskar i andra stjärnsystem. "
När vi väl har förmågan att observera planeter som bildas i deras omkretsskivor kan vi upptäcka att synestier är vanligare än sällsynta. Faktum är att planeter kan gå igenom synestia-scenen flera gånger. Dr. Stewart berättade för oss att ”Baserat på den statistik som presenteras i vårt papper, förväntar vi oss att de flesta (mer än hälften) av steniga planeter som bildas på ett sätt som liknar Jorden blev synestier en eller flera gånger under det jättepåverkande stadiet av ackretion. ”
