Een kolossale, frontale botsing tussen Jupiter en een zich nog vormende planeet in het vroege zonnestelsel, ongeveer 4,5 miljard jaar geleden, zou verrassende metingen van NASA's Juno-ruimtevaartuig kunnen verklaren, volgens een onderzoek deze week in het tijdschrift Natuur .

Astronomen van Rice University en China's Sun Yat-sen University zeggen dat hun frontale impactscenario Juno's eerder raadselachtige zwaartekrachtmetingen kan verklaren. wat suggereert dat de kern van Jupiter minder dicht en meer uitgebreid is dan verwacht.

"Dit is een raadsel, "Zei Rice-astronoom en co-auteur van de studie Andrea Isella. "Het suggereert dat er iets is gebeurd dat de kern wakker schudde, en dat is waar de gigantische impact in het spel komt."

Isella zei dat toonaangevende theorieën over planeetvorming suggereren dat Jupiter begon als een dichte, rotsachtige of ijzige planeet die later zijn dikke atmosfeer verzamelde uit de oerschijf van gas en stof waaruit onze zon is voortgekomen.

Isella zei dat hij sceptisch was toen hoofdauteur Shang-Fei Liu voor het eerst het idee opperde dat de gegevens konden worden verklaard door een gigantische impact die de kern van Jupiter bewoog, het mengen van de dichte inhoud van de kern met minder dichte lagen erboven. Liu, een voormalig postdoctoraal onderzoeker in de groep van Isella, is nu lid van de faculteit van Sun Yat-sen in Zhuhai, China.

"Het leek me erg onwaarschijnlijk, "Isella herinnerde zich, "als een kans van één op een biljoen. Maar Shang-Fei overtuigde me, door afschuifberekening, dat dit niet zo onwaarschijnlijk was."

Het onderzoeksteam voerde duizenden computersimulaties uit en ontdekte dat een snelgroeiende Jupiter de banen van nabijgelegen "planetaire embryo's, " protoplaneten die zich in de vroege stadia van planeetvorming bevonden.

Liu zei dat de berekeningen schattingen bevatten van de kans op botsingen onder verschillende scenario's en de verdeling van impacthoeken. In alle gevallen, Liu en collega's ontdekten dat er minstens 40% kans was dat Jupiter binnen de eerste paar miljoen jaar een planetair embryo zou inslikken. In aanvulling, Jupiter produceerde in massa geproduceerde "sterke zwaartekrachtfocus" waardoor frontale botsingen vaker voorkwamen dan grazende.

Isella zei dat het botsingsscenario nog dwingender werd nadat Liu 3D-computermodellen had gebruikt die lieten zien hoe een botsing de kern van Jupiter zou beïnvloeden.

"Omdat het dik is, en het komt binnen met veel energie, het botslichaam zou zijn als een kogel die door de atmosfeer gaat en de kern frontaal raakt, ' zei Isella. 'Vóór de botsing, je hebt een zeer dichte kern, omgeven door sfeer. De frontale impact spreidt dingen uit, de kern verdunnen."

Inslagen onder een graashoek kunnen ertoe leiden dat de inslaande planeet door de zwaartekracht wordt vastgehouden en geleidelijk in de kern van Jupiter wegzinkt. en Liu zei dat kleinere planetaire embryo's ongeveer zo massief als de aarde zouden desintegreren in de dikke atmosfeer van Jupiter.

"Het enige scenario dat resulteerde in een kerndichtheidsprofiel vergelijkbaar met wat Juno vandaag meet, is een frontale botsing met een planetair embryo dat ongeveer 10 keer massiever is dan de aarde, ' zei Liu.

Isella zei dat de berekeningen suggereren dat zelfs als deze impact 4,5 miljard jaar geleden plaatsvond, "het kan nog velen vergen, vele miljarden jaren voor het zware materiaal om zich terug te vestigen in een dichte kern onder de omstandigheden die door het papier worden gesuggereerd."

Isella, die ook mede-onderzoeker is van de Rice-based, NASA-gefinancierd CLEVER Planets-project, zei dat de implicaties van de studie verder reiken dan ons zonnestelsel.

"Er zijn astronomische waarnemingen van sterren die door dit soort gebeurtenissen kunnen worden verklaard, " hij zei.

"Dit is nog een nieuw veld, dus de resultaten zijn verre van solide, maar zoals sommige mensen naar planeten rond verre sterren hebben gezocht, ze zien soms infraroodemissies die na een paar jaar verdwijnen, "Zei Isella. "Een idee is dat als je naar een ster kijkt terwijl twee rotsachtige planeten frontaal op elkaar botsen en versplinteren, je zou een stofwolk kunnen creëren die stellair licht absorbeert en weer uitstraalt. Dus, je ziet een soort flits, in de zin dat je nu deze stofwolk hebt die licht uitstraalt. En dan, na een tijdje, het stof verdwijnt en die uitstoot verdwijnt."

De Juno-missie is ontworpen om wetenschappers te helpen de oorsprong en evolutie van Jupiter beter te begrijpen. Het ruimtevaartuig, die in 2011 werd gelanceerd draagt ​​instrumenten om de zwaartekracht en magnetische velden van Jupiter in kaart te brengen en de diepte van de planeet te onderzoeken, interne structuur.

Andere co-auteurs van de studie zijn onder meer Yasunori Hori van het Astrobiology Center of Japan, Simon Müller en Ravit Helled van de Universiteit van Zürich, Xiaochen Zheng van de Tsinghua University in Peking en Doug Lin van zowel de University of California, Santa Cruz, en Tsinghua Universiteit in Peking.