Den första upptäckten av en interstellär asteroid/kometliknande föremål som besökte solsystemet för två år sedan har väckt idéer om möjligheten av interstellär resa. Ny forskning från Technion–Israel Institute of Technology tyder på att sådana objekt också ger långtgående implikationer om ursprunget för planeter över galaxen, och möjligen till och med den första bildningen av själva solsystemet.

Det asteroid/kometliknande objektet vid namn 'Oumuamua bekräftade årtionden gamla vetenskapliga förväntningar som antydde att det interstellära mediet är fullt av lösa stenbitar som flyger runt. Sådant skräp ansågs kastas ut från planetsystem i efterdyningarna av planetbildningen, när stora planeter bildades och sparkade ut några av de överblivna småplaneterna och planetesimalerna som fortfarande låg kvar. Då och då, en del av dessa utstötta stenar kan fortfarande stöta på främmande stjärnor. I lyckliga fall, detta fenomen kan observeras när det sveper genom solsystemet.

Technion-forskarna, Evgeni Grishin, Hagai Perets och Yael Avni undrade vad som skulle ha hänt om dessa 'Oumuamua-liknande interstellära stenar flög för runt 4,5 miljarder år sedan, när vår stjärna var ung och vild, och en gasskiva fanns i stället för vårt planetsystem. Deras resultat kan vara avgörande för att svara på några av de största pusslen angående planetbildning och ursprunget till planeter i solsystemet

Bildar planeter med utländsk (Planetesimal) valuta

Planeter bildas i protoplanetära skivor, mestadels gjord av gas och damm. Dammkornen tros växa till småsten, koagulera till större planetesimaler, och slutligen, bilda planeter. När föremålen når km-storlek, de kan överleva och så småningom koagulera och samla mindre stenar/stenar för att bilda planetariska embryon och fullfjädrade planeter. Det främsta hindret för sådan tillväxt tycks inträffa innan km-stora objekt bildas, i det skede då mindre sten och småsten till en början bildas. Verkligen, flera skyldiga konspirerar för att förstöra småsten och meterstora stenblock innan de någonsin kan växa till större planetesimaler. Sådana småsten och stenar rör sig genom den gasformiga skivan där de från början är inbäddade, och uppleva en motvind som saktar ner dem.

Motvindens kontinuerliga tryck kan så småningom leda till att de snabbt spirar inåt i solen och förstörs. Dessutom, kollisioner mellan små stenar kan leda till att de splittras i mindre bitar och stoppar deras tillväxt till större planetesimaler. Med andra ord, småsten och små stenar möter en så kallad "meterstor barriär" i sin förmåga att växa till ännu större planetesimaler.

Flera modeller föreslogs för att övervinna den meterstora barriären, men dessa kräver typiskt finjusterade förhållanden som är osannolikt att existera i de flesta planetsystem; ändå, det är allmänt känt att de flesta om inte alla stjärnor är värd för planetsystem. Frågan är hur detta kom till.

I deras nyligen publicerade papper i Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society , Grishin och medarbetare visade att interstellära objekt är nyckeln. De föreslog att de flesta system inte behöver gå igenom det svåra stadiet att bilda planetesimaler i kilometerstorlek. Istället, de flesta system kan fånga interstellära planetesimaler i km-storlek som ursprungligen kastades ut från andra planetsystem. Men hur kan ett föremål som rör sig med tiotals km per sekunds hastighet genom ett solsystem fångas? Det visar sig att svaret är enkelt - samma motvind som driver små stenar för att inspirera in i solen kan sakta ner större, km-stora interstellära planetesimaler och fångar dem därigenom till en nybildad protoplanetarisk skiva.

På det här sättet, till och med ett enda planetsystem kan skjuta ut km-stora planetesimaler som sedan fungerar som frön för bildandet av många nya planetsystem. Som ett resultat, till och med ett mycket litet antal planetsystem kan skapa bildning av många andra system – allt som krävs är bara några lyckliga sällsynta fall för att påbörja processen, och sedan kan dessa system skapa planetesimala "frön" över galaxen, som i sin tur kan fångas in i nybildade protoplanetära skivor och ge dem de grundläggande km-stora byggstenarna som behövs för planetarisk tillväxt.

Planetbildning sker inte längre isolerat; inget planetsystem är en ö, utan snarare tjänar reservoaren av utstötta skurkiga interstellära planetesimaler till att kontinuerligt initiera födelsen av nya planetsystem. I tur och ordning, alla nybildade planetsystem skjuter ut sina egna oseriösa planetesimaler och hjälper till att återuppbygga reservoaren av interstellära planetesimala frön. Frågan blir:vad är oddsen för att fånga dessa planetesimaler, och hur många framgångsrika formationer krävs för att befolka hela födelseklustret med planetesimaler?

Natur vs. Nurture:Var du bor spelar roll

För att uppskatta oddsen för planetesimal sådd och dess konsekvenser för planetbildning, forskarna utvecklade en matematisk och numerisk modell för fångstsannolikhet, beroende på egenskaperna hos den interstellära planetesimala populationen och skivan. De fann att fånga småsten är extremt effektivt, och att fånga större kroppar är mer utmanande, men ändå rimligt.

I de täta områdena av stjärnhopar där tiotals, hundratals, eller till och med tusentals stjärnor föds och lever i små regioner (stjärnbildningens "Manhattan") cirka 10^6 av 'Oumuamuas fångas i födelseklustret, och den största fångade kroppen kan vara så stor som ~10 km.

På galaxens landsbygd, den galaktiska fältmiljön, fånga är mer utmanande, men fortfarande runt ~10^3 'Oumuamuas kan fångas, och kroppar upp till ~1 km fångas per system – tillräckligt för att fungera som fröet för planetbildning i varje system.

En är tillräckligt, Planetesimals ger glädje och liv

Forskarna sammanfattar att endast en liten del av stjärnorna i en klunga (mindre än 1 procent) krävs för att bilda de ursprungliga planetesimalerna, som så småningom sådde hela födelseklustret av ~1000 stjärnor. Ungefär liknande siffror förväntas även för fältmiljöer. Båda uppskattningarna är konservativa. Den interstellära reservoaren fungerar därför i tandem med de huvudsakliga planetbildningsmodellerna, tillhandahåller de första fröna för många av planetesimala formationsmodeller.

En annan intressant sidoaspekt är att biologiskt aktivt material, i form av bakterier, kan överleva den tuffa interstellära miljön om berget som det är inbäddat i är tillräckligt stort (större än några cm skala). Även om bara en liten bråkdel av utstötta stenar kan hysa dessa hårda bakterier, ett stort antal sådana potentiellt biologiskt aktiva bergarter kan fångas. Denna gasassisterade infångning är en mycket effektivare mekanism för utbredd panspermi, och de flesta system har förmodligen fått sina första livsbyggstenar från någon annanstans.