Is spelar viktig roll när små himlakroppar sväller till svulstiga planeter

Hur planeter bildas är en fråga som länge gäckat världens astronomer. De senaste åren har den så kallade småstensteorin – som går ut på att minimala gruspartiklar sugs ihop – vunnit mark. En ny avhandling visar att is spelar en avgörande roll för att dessa himlakroppar ska nå en viss storlek då de kan fortsätta växa till planetstorlek.

För drygt 4,6 miljarder år sedan bildades vårt planetsystem ur en roterande skiva av gas och stoft i utkanten av galaxen Vintergatan. Det faktum att både solen och våra grannplaneter har flera miljarder år på nacken gör det svårt att med säkerhet säga exakt hur processen gick till. Men genom att kombinera studier av vårt eget planetsystem med analyser av de drygt 5 500 exoplaneter som upptäckts i över 4 000 solsystem kan världens astronomer för varje år teckna en alltmer heltäckande bild av de intrikata planetbildningsprocesserna.

Den gängse uppfattningen har länge varit att jorden och andra planeter bildades under hundratals miljoner år tack vare multipla kollisioner av asteroider. Men under de senaste åren har småstensteorin blivit alltmer förhärskande. Den går ut på att jorden gick från att vara en bebisplanet av sten och is till sin nuvarande storlek tack vare knappt synliga småstenar som under betydligt kortare tid sögs ihop till en himlakropp. Och det är här isen och vattenångan kommer in i bilden.

– Is gör att partiklarna kan växa lättare och snabbare. Den underlättar även för de sammanbakade partiklarna att korsa barriären som krävs för att de inte ska stanna i växten utan fortsätta expandera till planeter. Man kan tänka på hagel i jordens atmosfär, säger Katrin Ros, doktor i astrofysik vid Lunds universitet.

När hon påbörjade sin avhandling var isens roll i planetbildningsprocessen en vit fläck på astronomikartan. Genom datasimuleringar och laboratorieexperiment kunde Katrin Ros i flera led visa att isen faktiskt är nödvändig för att de millimeterstora partiklarna inte ska slås sönder eller bara studsa mot varandra, utan faktiskt klumpas ihop och bilda kilometerstora kroppar. Dessa så kallade planetesimaler, exempelvis kometer och asteroider, brukar ses som de första byggstenarna till planeter. Men det är inte överallt förutsättningarna för denna process är gynnsamma. Katrin Ros har riktat sökarljuset mot den så kallade frostlinjen eller islinjen. Det är gränsen, belägen vid ett visst avstånd från stjärnan, där vatten i form av ånga övergår till is. I det tidiga solsystemet låg islinjen mitt emellan Mars och Jupiter – något som kan förklara att de mindre planeterna ligger innanför denna position medan de större ligger utanför.

– Vid islinjen är det lättare för planetesimaler att bildas, både för att andelen fast material ökar där, och för att partiklar kan växa genom kondensation och inte bara genom kollisioner. Detta gäller både för lugna protoplanetära skivor och för skivor som just genomgått ett stjärnutbrott där temperaturen plötsligt höjts, säger hon.

Katrin Ros avhandling har hjälpt till att öppna för nya teoretiska perspektiv inom planetbildningen. Kunskapen om isens funktion kan komma att spela en viktig roll för astronomer som söker efter platser där beboeliga, jordliknande planeter kan ha bildats.

– Jag hoppas att mina resultat kan fungera som en liten pusselbit i sökandet efter Jorden nummer 2, säger Katrin Ros.

De vetenskapliga artiklarna publiceras i Katrin Ros avhandling: ”The role of ice in planet formation”

För mer information, kontakta:

Katrin Ros, doktor

Fysiska institutionen, Lunds universitet

+46 46 222 15 72

0733 94 67 25

katrin.ros@fysik.lu.se

Presskontakt:

Johan Joelsson

073 027 58 90

johan.joelsson@science.lu.se