Hur planeter bildas är en fråga som länge gäckat världens astronomer. En ny avhandling vid Lunds universitet visar att is spelar en avgörande roll för att små himlakroppar ska nå en viss storlek och växa till svulstiga planeter.
För drygt 4,6 miljarder år sedan bildades vårt planetsystem ur gas och stoft i utkanten av galaxen Vintergatan. Men med tanke på att vår sol och övriga planeter bildades för miljarder år sedan har det varit svårt att veta exakt hur processen gick till. Varje år kan dock världens astronomer teckna en allt mer heltäckande bild.
Småsten bildade himlakroppar
Den gängse uppfattningen har länge varit att jorden och andra planeter bildades under hundratals miljoner år tack vare många kollisioner av asteroider. Men under de senaste åren har den så kallade småstensteorin vunnit mark. 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 sögs ihop till en himlakropp.
Det är här is och vattenånga, som forskare Katrin Ros studerat i en avhandling, 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, forskare i astrofysik vid Lunds universitet.
Isen klumpar ihop småsten
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, till exempel kometer och asteroider, brukar ses som de första byggstenarna till planeter. Men förutsättningarna för denna process är inte gynnsamma överallt.
Islinje viktig för bildande av planeter
Katrin Ros har riktat sökarljuset mot den så kallade frostlinjen eller islinjen. Den här gränsen finns 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 Katrin Ros.
Jakt på jordliknande planeter
Hennes avhandling bidrar 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.
Avhandling:
The role of ice in planet formation, Lunds universitet.
