En kolossal, frontalkollision mellan Jupiter och en fortfarande bildad planet i det tidiga solsystemet, för cirka 4,5 miljarder år sedan, kan förklara överraskande avläsningar från NASA:s Juno-rymdskepp, enligt en studie denna vecka i tidskriften Natur .

Astronomer från Rice University och Kinas Sun Yat-sen University säger att deras frontaleffektscenario kan förklara Junos tidigare förbryllande gravitationsavläsningar, vilket tyder på att Jupiters kärna är mindre tät och mer utsträckt än förväntat.

"Det här är förbryllande, " sa Rice astronom och studie medförfattare Andrea Isella. "Det tyder på att något hände som rörde upp kärnan, och det är där den gigantiska inverkan kommer in i bilden."

Isella sa att ledande teorier om planetbildning tyder på att Jupiter började som en tät, stenig eller isig planet som senare samlade sin tjocka atmosfär från den ursprungliga skivan av gas och damm som födde vår sol.

Isella sa att han var skeptisk när studiens huvudförfattare Shang-Fei Liu först föreslog idén att uppgifterna kunde förklaras av en jätteeffekt som rörde Jupiters kärna, blanda det täta innehållet i dess kärna med mindre täta skikt ovanför. Liu, en tidigare postdoktor i Isellas grupp, är nu medlem av fakulteten vid Sun Yat-sen i Zhuhai, Kina.

"Det lät väldigt osannolikt för mig, " Mindes Isella, "som en sannolikhet på en på en biljon. Men Shang-Fei övertygade mig, genom skjuvberäkning, att detta inte var så osannolikt."

Forskargruppen körde tusentals datorsimuleringar och fann att en snabbt växande Jupiter kan ha stört omloppsbanorna för närliggande "planetära embryon, "protoplaneter som var i de tidiga stadierna av planetbildningen.

Liu sa att beräkningarna inkluderade uppskattningar av sannolikheten för kollisioner under olika scenarier och fördelning av islagsvinklar. I samtliga fall, Liu och kollegor fann att det fanns minst 40 % chans att Jupiter skulle svälja ett planetariskt embryo inom de första miljoner åren. Dessutom, Jupiter massproducerade "stark gravitationsfokusering" som gjorde frontalkollisioner vanligare än betande.

Isella sa att kollisionsscenariot blev ännu mer övertygande efter att Liu körde 3D-datormodeller som visade hur en kollision skulle påverka Jupiters kärna.

"För att det är tätt, och det kommer in med mycket energi, stötkroppen skulle vara som en kula som går genom atmosfären och träffar kärnan rakt mot varandra, " Sa Isella. "Före påverkan, du har en mycket tät kärna, omgiven av atmosfär. Den frontala effekten sprider saker, späda ut kärnan."

Stötar i en betesvinkel kan resultera i att den drabbade planeten blir gravitationsfångad och gradvis sjunker in i Jupiters kärna, och Liu sa att mindre planetariska embryon ungefär lika massiva som jorden skulle sönderfalla i Jupiters tjocka atmosfär.

"Det enda scenariot som resulterade i en kärndensitetsprofil som liknar vad Juno mäter idag är en frontalkollision med ett planetariskt embryo som är ungefär 10 gånger mer massivt än jorden, " sa Liu.

Isella sa att beräkningarna tyder på att även om denna påverkan inträffade för 4,5 miljarder år sedan, "det kan fortfarande ta många, många miljarder år för det tunga materialet att lägga sig tillbaka i en tät kärna under de omständigheter som tidningen föreslår."

Isella, som också är en medutredare på Rice-baserade, NASA-finansierat CLEVER Planets-projekt, sa att studiens implikationer når bortom vårt solsystem.

"Det finns astronomiska observationer av stjärnor som kan förklaras av denna typ av händelse, " han sa.

"Detta är fortfarande ett nytt område, så resultaten är långt ifrån solida, men eftersom vissa människor har letat efter planeter runt avlägsna stjärnor, de ser ibland infraröda utsläpp som försvinner efter några år, " Sa Isella. "En idé är att om du tittar på en stjärna när två steniga planeter kolliderar frontalt och splittras, du kan skapa ett moln av damm som absorberar stjärnljus och återsänder det. Så, du ser en blixt, i den meningen att nu har du detta moln av damm som avger ljus. Och så efter en tid, dammet försvinner och det utsläppet försvinner."

Juno-uppdraget var utformat för att hjälpa forskare att bättre förstå Jupiters ursprung och evolution. Rymdfarkosten, som lanserades 2011, bär instrument för att kartlägga Jupiters gravitations- och magnetfält och undersöka planetens djup, intern struktur.

Ytterligare medförfattare till studien inkluderar Yasunori Hori från Astrobiology Center of Japan, Simon Müller och Ravit Helled vid universitetet i Zürich, Xiaochen Zheng från Tsinghua University i Peking och Doug Lin från båda University of California, Santa Cruz, och Tsinghua University i Peking.