Het Kepler-ruimtevaartuig is productief geweest in zijn zoektocht naar planeten buiten ons zonnestelsel, bekend als exoplaneten, duizenden ontdekt sinds de lancering in 2009. Maar de jacht op manen die rond deze exoplaneten draaien, of exomanen, is een stuk uitdagender. Hoewel er tot nu toe geen exomanen zijn gevonden, een nieuwe studie toont aan dat de zoektocht niet zinloos is.

Onderzoekers hebben voor het eerst aangetoond dat het mogelijk is dat een planetaire botsing een maan vormt die groot genoeg is voor Kepler om te detecteren. Natuurkundige Megan Bruk Syal van het Lawrence Livermore National Laboratory en Amy Barr van het Planetary Science Institute voerden een reeks van ongeveer 30 simulaties uit om te onderzoeken hoe verschillende factoren de schepping van de maan beïnvloeden. Uiteindelijk, ze waren in staat om zich te beperken tot een reeks omstandigheden die satellieten zouden creëren die veel groter waren dan de maan van de aarde. De studie - "Vorming van massieve rotsachtige exomoons door gigantische impact" - zal verschijnen in het meinummer van de Monthly Notices van de Royal Astronomical Society.

"We waren niet bezig met het modelleren van iets dat is waargenomen, " zei Syal. "Dit probleem was meer abstract, meer theoretisch. Het heeft even geduurd, maar toen we eenmaal in staat waren om deze massieve manen te genereren, we waren best enthousiast."

De leidende gedachte over het ontstaan ​​van de maan van de aarde is dat een planetoïde ter grootte van Mars ongeveer 4,5 miljard jaar geleden in botsing kwam met een kleinere proto-aarde. het uitwerpen van aanzienlijk puin in een baan die zich consolideerde in een schijf en uiteindelijk de maan. Het resultaat was een satelliet die ongeveer 1,2 procent van de massa van de aarde uitmaakt. Maar om ervoor te zorgen dat een exomaan groot genoeg is voor Kepler om te detecteren met bestaande transittechnieken, het zou minstens 10 procent zo groot moeten zijn als de aarde, volgens detectiecriteria van het project "Hunt for Exomoons with Kepler".

Eerder onderzoek naar de maan van de aarde hield rekening met factoren zoals de impacthoek en relatieve massa's van botsende lichamen. Naarmate de impacthoek schuiner wordt, meer materiaal wordt in een baan om de aarde geïnjecteerd. evenzo, naarmate de twee lichamen even groot worden, de schijfmassa neemt toe. Maar uit deze studie bleek dat een derde factor – inslagsnelheid – ook een cruciale rol speelt bij het bepalen hoe groot een maan een inslag kan veroorzaken.

"Voorgaand onderzoek heeft zich gericht op een vrij beperkt aantal voorwaarden, gunstig voor het vormen van de maan van de aarde, " zei Syal. "Dit is de eerste studie die een veel breder scala aan impactscenario's in overweging neemt, verkennen van het volledige scala van wat mogelijk is in andere planetaire systemen. Er is veel onontgonnen terrein."

Zodra de botssnelheid een bepaalde drempel overschrijdt, de simulaties laten een steile daling zien in de hoeveelheid massa die de schijf kan vasthouden. Door deze drie variabelen aan te passen, Syal en Barr demonstreerden een reeks scenario's die zouden resulteren in het creëren van massieve manen:een botsing tussen objecten van gelijke grootte die 2 tot 7 aardmassa's zijn, onder een schuine impacthoek, en een snelheid nabij de ontsnappingssnelheid kan voldoende massa in een baan om de aarde lanceren om een ​​satelliet te creëren die groot genoeg is om te worden gedetecteerd in Kepler-transitgegevens. In de toekomst, wanneer exomanen met succes worden waargenomen, resultaten van deze studie kunnen worden gebruikt om hun individuele vormingsgeschiedenissen te beperken.