C'è un nuovo tipo di pianeta in città, anche se non lo troverai in sistemi solari ben sviluppati come il nostro. È più una fase di formazione che pianeti come la Terra possono attraversare. E la sua esistenza aiuta a spiegare la relazione tra la Terra e la nostra Luna.
Il nuovo tipo di pianeta è un'enorme massa a forma di ciambella di roccia calda e vaporizzata, formata da oggetti di dimensioni planetarie che si infrangono l'uno nell'altro. La coppia di scienziati dietro lo studio che spiega questo nuovo tipo di pianeta l'hanno definita una "sinestia". Simon Lock, uno studente laureato presso l'Università di Harvard, e Sarah Stewart, professore presso il Dipartimento di Scienze della Terra e Planetario dell'Università della California, Davis, dire che la Terra era una volta una sinestia.
L'attuale teoria della formazione planetaria va così: quando si forma una stella, il materiale rimasto è in movimento attorno alla stella. Questo materiale residuo è chiamato disco protoplanetario. Il materiale si coagula in corpi più grandi quando quelli più piccoli si scontrano e si uniscono.
Man mano che i corpi diventano sempre più grandi, la forza delle loro collisioni diventa sempre più grande e quando due grandi corpi si scontrano, il loro materiale roccioso si scioglie. Quindi, il corpo appena creato si raffredda e diventa sferico. Resta inteso che è così che si sono formati la Terra e gli altri pianeti rocciosi nel nostro Sistema Solare.
Lock e Stewart osservarono questo processo e chiesero cosa sarebbe successo se il corpo risultante stesse ruotando rapidamente.
Quando un corpo gira, entra in gioco la legge di conservazione del momento angolare. Tale legge afferma che un corpo rotante girerà fino a quando una coppia esterna non lo rallenta. L'esempio spesso usato del pattinaggio di figura aiuta a spiegarlo.
Se hai mai visto pattinatori e chi non lo ha fatto, le loro azioni sono molto istruttive. Quando un singolo pattinatore gira rapidamente, allunga le braccia per rallentare la velocità di rotazione. Quando incrocia le braccia nel suo corpo, accelera di nuovo. Il suo momento angolare è conservato.
Questo breve video mostra i pattinatori e la fisica in azione.
Se non ti piace il pattinaggio di figura, questo usa la Terra per spiegare il momento angolare.
Ora prendi l'esempio da un paio di pattinatori. Quando entrambi si stanno girando e entrambi si uniscono tenendosi per mano e braccia, il loro momento angolare viene sommato e conservato.
Sostituisci due pattinatori con due pianeti, e questo è ciò che i due scienziati dietro lo studio volevano modellare. Cosa accadrebbe se due grandi corpi con alta energia e alto momento angolare si scontrassero?
Se i due corpi avessero temperature abbastanza alte e un momento angolare abbastanza elevato, si formerebbe un nuovo tipo di struttura planetaria: la sinestia. "Abbiamo esaminato le statistiche sugli impatti giganti e abbiamo scoperto che possono formare una struttura completamente nuova", ha affermato Stewart.
"Abbiamo esaminato le statistiche sugli impatti giganti e abbiamo scoperto che possono formare una struttura completamente nuova". - Professoressa Sarah Stewart, Dipartimento di Scienze della terra e del pianeta presso l'Università della California, Davis.
Come spiegato in un comunicato stampa della UC Davis, affinché si formi una sinestia, parte del materiale vaporizzato dalla collisione deve andare in orbita. Quando una sfera è solida, ogni punto su di essa ruota alla stessa velocità, se non alla stessa velocità. Ma quando parte del materiale viene vaporizzato, il suo volume si espande. Se si espande abbastanza e se si muove abbastanza velocemente, lascia l'orbita e forma un'enorme sinestia a forma di disco.
Altre teorie hanno suggerito che due corpi abbastanza grandi potrebbero formare una massa fusa in orbita dopo lo scontro. Ma se i due corpi avessero abbastanza energia e temperatura sufficienti per vaporizzare parte della roccia, la sinestia risultante occuperebbe uno spazio molto più grande.
"Il problema principale nella ricerca di sinestie attorno ad altre stelle è che non durano a lungo. Questi sono oggetti transitori e in evoluzione che vengono creati durante la formazione del pianeta. " - Professoressa Sarah Stewart, UC Davis.
È probabile che queste sinestie non durino molto a lungo. Si raffreddavano rapidamente e si condensavano di nuovo in corpi rocciosi. Per un corpo delle dimensioni della Terra, la sinestia potrebbe durare solo cento anni.
La struttura della sinestia fa luce su come si formano le lune. La Terra e la Luna sono molto simili in termini di composizione, quindi è probabile che si siano formate a seguito di una collisione. È possibile che la Terra e la Luna si siano formate dalla stessa sinestia.
Queste sinestie sono state modellate, ma non sono state osservate. Tuttavia, il James Webb Space Telescope avrà il potere di scrutare i dischi protoplanetari e osservare la formazione dei pianeti. Osserverà una sinestia?
"Questi sono oggetti transitori e in evoluzione che vengono creati durante la formazione del pianeta." - Professoressa Sarah Stewart, UC Davis
In uno scambio di email con Space Magazine, la dott.ssa Sarah Stewart di UC Davis, uno degli scienziati dietro lo studio, ci ha detto che "Il problema principale nella ricerca di sinestie attorno ad altre stelle è che non durano a lungo. Questi sono oggetti transitori e in evoluzione che vengono creati durante la formazione del pianeta. "
“Quindi la scommessa migliore per trovare una sinestia rocciosa sono i sistemi giovani in cui il corpo è vicino alla stella. Per i pianeti giganti gassosi, possono formare una sinestia per un periodo della loro formazione. Ci stiamo avvicinando alla possibilità di immaginare dischi circumplanetari in altri sistemi stellari. ”
Una volta che abbiamo la capacità di osservare la formazione dei pianeti nei loro dischi circumstellari, potremmo scoprire che le sinestie sono più comuni che rare. In effetti, i pianeti possono attraversare la fase della sinestia più volte. Il dott. Stewart ci ha detto che “Sulla base delle statistiche presentate nel nostro documento, ci aspettiamo che la maggior parte (più della metà) dei pianeti rocciosi che si formano in modo simile alla Terra siano diventati sinestie una o più volte durante la fase di impatto gigante dell'accrescimento. ”
