Rymdfarkosten Kepler har varit produktiv i sitt sökande efter planeter utanför vårt solsystem, kända som exoplaneter, upptäcka tusentals sedan lanseringen 2009. Men jakten på månar som kretsar kring dessa exoplaneter, eller exomons, är mycket mer utmanande. Även om inga exomooner har hittats hittills, en ny studie visar att sökandet inte är meningslöst.

Forskare har för första gången visat att det är möjligt för en planetarisk kollision att bilda en måne som är stor nog för Kepler att upptäcka. Lawrence Livermore National Laboratory fysiker Megan Bruk Syal och Amy Barr från Planetary Science Institute genomförde en serie på cirka 30 simuleringar för att utforska hur olika faktorer påverkar månens skapelse. I slutet, de kunde begränsa sig till en uppsättning förhållanden som skulle skapa satelliter mycket större än jordens måne. Studien – "Formation of massive rocky exomoons by giant impact" – kommer att visas i majnumret av Royal Astronomical Society's Monthly Notices.

"Vi modellerade inte något som har observerats, "Syal sa. "Det här problemet var mer abstrakt, mer teoretiskt. Det tog ett tag, men när vi väl kunde generera dessa massiva månar, vi var ganska exalterade."

Den ledande tanken på skapandet av jordens måne är att en planetoid lika stor som Mars kolliderade med en mindre proto-jord för cirka 4,5 miljarder år sedan, skjuter ut betydande skräp i omloppsbana som konsolideras till en skiva och så småningom till månen. Resultatet blev en satellit som är cirka 1,2 procent av jordens massa. Men för att en exomoon ska vara tillräckligt stor för Kepler att upptäcka med befintliga transittekniker, det skulle behöva vara minst 10 procent av jordens storlek, enligt detektionskriterier från projektet "Hunt for Exomoons with Kepler".

Tidigare forskning om jordens måne tog hänsyn till faktorer som islagsvinkeln och relativa massor av kolliderande kroppar. När anslagsvinkeln blir mer sned, mer material injiceras i omloppsbana. Liknande, när de två kropparna närmar sig lika stora, skivans massa ökar. Men den här studien fann att en tredje faktor – anslagshastighet – också spelar en avgörande roll för att bestämma hur stor måne ett nedslag kan skapa.

"Tidigare forskning har fokuserat på en ganska snäv uppsättning villkor, gynnsam för att bilda jordens måne, ", sa Syal. "Detta är den första studien som överväger ett mycket bredare spektrum av påverkansscenarier, utforska hela spektrumet av vad som kan vara möjligt i andra planetsystem. Det finns mycket okänt territorium."

När anslagshastigheten överstiger en viss tröskel, simuleringarna visar en brant minskning av mängden massa som skivan kan behålla. Genom att justera dessa tre variabler, Syal och Barr demonstrerade en uppsättning scenarier som skulle resultera i skapandet av massiva månar:En kollision mellan lika stora objekt som är 2 till 7 jordmassor, i en sned anslagsvinkel, och hastighet nära utrymningshastighet kan skjuta upp i omloppsbana som är tillräckligt stor för att skapa en satellit som är tillräckligt stor för att detekteras i Kepler-transitdata. I framtiden, när exomoons framgångsrikt observeras, resultat från denna studie kan användas för att begränsa deras individuella bildningshistoria.