Så bildas planeter
Vi ser på hur dammet och gasen som virvlar runt en nybildad stjärna växer ihop till ett planetsystem.
Bildandet av planeter är en biprodukt av stjärnbildning. Stjärnor föds i den interstellära rymden, som för det mesta är fylld med tunn gas och damm. Men några delar av rymden, det vi kallar molekylmoln, är mycket tätare än omgivningarna. Det är här stjärnbildningen äger rum. Molnets tyngdkraft är tillräckligt stark för att dra ihop den från flera ljusårs diameter till något av samma storlek som det nuvarande solsystemet. När materialet i molnet drar ihop sig så starkt börjar det snurra snabbare, så som konståkare gör när de drar in armarna i en piruett. När merparten av massan i molnet dras in till den centrala stjärnan leder det till att den ökade rotationen slungar ut en vidsträckt skiva av materia som kretsar runt den nybildade stjärnan. Det är i den här protoplanetära skivan som planeterna bildas.
Grundmekanismen i stjärnbildning har länge varit känd, men vår insikt i planetbildning är mycket färskare. Den konventionella åsikten är idag att de allra flesta stjärnorna bildas med planetsystem runt omkring, men den tanken var mycket spekulativ ända fram till 2000-talet. Mycket få exoplaneter (planeter runt andra stjärnor) var kända och ingen hade någonsin sett en protoplanetär skiva. Sedan dess har Kepler och andra teleskop upptäckt tusentals exoplanetsystem, medan radioteleskopet ALMA har skaffat oss bilder av många tiotals protoplanetära skivor.
”Den ökade rotationen slungar ut en vidsträckt skiva av materia som kretsar runt den nybildade stjärnan.”
”Vad händer när två planetesimaler kolliderar i låg fart? Resultatet blir ingen dramatisk krasch utan bara en lugn sammansmältning av de två himlakropparna.”
En sådan skiva, den runt stjärnan PDS 70, har till och med en fullt synlig planet som bildas. Observationer som de här, tillsammans med avancerade datasimuleringar, har gett oss en mycket klarare bild av hur planeter bildas.
Dammet i den protoplanetära skivan är små, fasta partiklar till att börja med. Nära den centrala stjärnan består de huvudsakligen av bergarter och metall, men längre ut övertar frusna vätebindningar som is av vatten, metan eller ammoniak. Både i stenområdet och isområdet utvecklas processen på samma sätt. När dammkornen kretsar runt stjärnan i lite olika banor kolliderar de allt som oftast med varandra. Det här är förhållandevis långsamma kollisioner som slutar med att partiklarna hänger samman. Den här processen, som kallas ackretion eller tillväxt, fortsätter uppåt längs storleksskalan tills partiklarna blir ganska stora bergsblock, planetesimaler.
Vad händer när två planetesimaler kolliderar i låg fart? Resultatet blir ingen dramatisk krasch utan bara en lugn sammansmältning av de två himlakropparna. Ett exempel är Ultima Thule, det snögubbeformade objekt som NASA-sonden New Horizons fotograferade i januari 2019. Det är bara ett nytt steg i planetens bildande. När det gäller Ultima Thule, som befinner sig i utkanten av solsystemet, fanns det inte tillräckligt mycket extra material för att bilda en planet. I de inre delarna av solsystemet är situationen en helt annan. Där är tätheten av objekt mycket större.
Där kan ett objekt samla på sig tillräckligt mycket massa för att tyngdkraften ska klämma ihop det till en någorlunda rund form, och då börjar det på allvar att likna en planet.
Det är flera saker som behöver en förklaring. De största planeterna, som Jupiter och Saturnus, har täta kärnor omgivna av stora gasmängder. Hur uppstod de? Det mest sannolika svaret är att kärnorna uppstod genom ackretion, precis som stenplaneterna, och att deras tyngdkraft sedan drog till sig gasen. En annan möjlig förklaring är att instabila förhållanden i den protoplanetära skivan kan ha fått gasen att klumpa ihop sig först, och sedan drog de här klumparnas tyngdkraft till sig damm och is som bildade planeternas kärna.