Potężne, czołowe zderzenie Jowisza z wciąż formującą się planetą we wczesnym układzie słonecznym, jakieś 4,5 miliarda lat temu, może tłumaczyć zaskakujące wyniki pomiarów wykonanych przez sondę Juno, donoszą naukowcy w najnowszym artykule opublikowanym w periodyku Nature.
Astronomowie z Rice University oraz chińskiego Sun Yat-sen University twierdzą, że opracowany przez nich scenariusz zderzenia czołowego może tłumaczyć zagadkowe odczyty grawitacyjne, które wskazują, że jądro Jowisza ma mniejszą gęstość i jest większe, niż się tego spodziewano.
„To zaskakujące” mówi Andrea Isella, astronom z Rice oraz współautor opracowania. „Pomiary wskazują, że doszło do czegoś co wzburzyło jądro Jowisza i właśnie tu pojawia się scenariusz potężnego zderzenia”.
Isella przypomina, że wiodące teorie formowania planet wskazują, że Jowisz zaczął swoje życie jako gęsta, skalista lub lodowa planeta, która z czasem zebrała swoją gęstą atmosferę z gazowo-pyłowego dysku protoplanetarnego otaczającego nowo powstałe słońce.
Isella przyznaje, że sceptycznie przyjął sugestię Shang-Fei Liu, głównego autora opracowania, mówiącą, że dane może wyjaśniać potężne zderzenie, które wzruszyło jądro Jowisza, mieszając gęstą zawartość jądra, z rzadszymi warstwami otaczającej je atmosfery. Liu, wcześniej badacz w grupie Iselli, jest teraz pracownikiem wydziału na Uniwersytecie Sun Yat-sen w Zhuhai w Chinach.
„Wydawało mi się to bardzo mało prawdopodobne, ale Shang-Fei przekonał mnie czystymi obliczeniami, że jestem w błędzie” wspomina Isella.
Zespół badawczy wykonał tysiące symulacji komputerowych i ustalił, że szybko rosnący Jowisz mógł zaburzać orbity pobliskich „zarodków planetarnych”, protoplanet znajdujących się na wczesnych etapach formowania.
Liu zaznacza, że obliczenia uwzględniały szacunki prawdopodobieństwa zderzeń w różnych scenariuszach. We wszystkich przypadkach prawdopodobieństwo tego, że Jowisz pochłonął planetarny zarodek w ciągu pierwszych kilku milionów lat wynosiło co najmniej 40%. Dodatkowo, silne oddziaływanie grawitacyjne Jowisza sprawiało, że do zderzeń czołowych dochodziło częściej niż do „otarć”.
Isella dodaje, że scenariusz zderzenia stał się jeszcze bardziej przekonujący po tym jak Liu przeprowadził trójwymiarowe modelowanie komputerowe, które wskazywało jak takie zderzenie wpłynęłoby na jądro Jowisza.
„Z uwagi na wysoką gęstość i sporą energię, impaktor niczym pocisk przeszyłby atmosferę Jowisza i czołowo zderzył się z jego jądrem” mówi Isella. „Przed zderzeniem mamy do czynienia z bardzo gęstym jądrem otoczonym wieloma warstwami atmosfery. Zderzenie czołowe prowadzi do mieszania, w ten sposób 'rozrzedzając’ jądro planety”.
Zderzenia nie-czołowe prowadziłyby do sytuacji w której protoplaneta wiązałaby się grawitacyjnie i stopniowo opadała do jądra Jowisza. Mniejsze zarodki planetarne o masie Ziemi uległyby dezintegracji w gęstej atmosferze Jowisza.
„Jedyny scenariusz, który prowadził do powstania profilu gęstości jądra takiego, jaki widzimy w pomiarach wykonanych przez sondę Juno, to zderzenie czołowe z zarodkiem planetarnym o masie 10 mas Ziemi” przyznaje Liu.
Isella zaznacza, że badania wskazują, że nawet jeżeli do zderzenia doszło 4,5 miliarda lat temu, „to wciąż potrzeba miliardów lat, aby ciężka materia z powrotem opadła do centrum i utworzyła gęste jądro”.
Sonda Juno została zaprojektowana do badania początków i ewolucji Jowisza. Sonda, którą wyniesiono w przestrzeń kosmiczną w 2011 roku, ma na swoim pokładzie instrumenty pozwalające badać pole magnetyczne i grawitacyjne oraz analizować wewnętrzną budowę planety.
Źródło: Rice University