En ny planet börjar sitt liv i en roterande cirkel av gas och damm, en vagga som kallas en protostellarskiva. Mina kollegor och jag har använt datorsimuleringar för att visa att nyfödda gasplaneter i dessa skivor sannolikt har förvånansvärt tillplattade former. Detta fynd, publicerat i Astronomy and Astrophysics Letters , skulle kunna lägga till vår bild av exakt hur planeter bildas.
Att observera protoplaneter som just har bildats och fortfarande finns inom sina protostellära skivor är extremt svårt. Hittills har bara tre sådana unga protoplaneter observerats, varav två i samma system, PDS 70.
Vi måste hitta system som är unga och tillräckligt nära för att våra teleskop ska kunna upptäcka det svaga ljuset från själva planeten och skilja det från skivans. Hela processen med planetbildning varar bara några miljoner år, vilket inte är något annat än ett ögonblick i astrofysiska skalor. Det betyder att vi måste ha tur för att fånga dem när de formas.
Vår forskargrupp utförde datorsimuleringar för att bestämma egenskaperna hos gasformiga protoplaneter under en mängd olika termiska förhållanden i planeternas vaggor.
Simuleringarna har tillräckligt med upplösning för att kunna följa utvecklingen av en protoplanet i skivan från ett tidigt stadium, när det bara är en kondensation inuti skivan. Sådana simuleringar är beräkningskrävande och kördes på DiRAC, Storbritanniens astrofysiska superdatoranläggning.
Vanligtvis bildas flera planeter inom en skiva. Studien fann att protoplaneter har en form som kallas oblate sfäroider, som Smarties eller M&M, snarare än att vara sfäriska. De växer genom att dra gas övervägande genom sina poler snarare än sina ekvatorer.
Tekniskt sett är planeterna i vårt solsystem också oblate sfäroider men deras tillplattning är liten. Saturnus har en utplattning på 10 %, Jupiter 6 %, medan jorden bara är 0,3 %.
I jämförelse är den typiska tillplattning av protoplaneter 90 %. En sådan tillplattning kommer att påverka de observerade egenskaperna hos protoplaneter, och den måste beaktas vid tolkning av observationer.
Den mest accepterade teorin för planetbildning är den om "kärntillväxt". Enligt denna modell kolliderar små dammpartiklar som är mindre än sand med varandra, grupperar sig och växer successivt till större och större kroppar. Detta är faktiskt vad som händer med dammet under din säng när den inte är rengjord.
En gång en kärna av damm med tillräckligt stora former, drar den gas från skivan för att bilda en gasjätteplanet. Denna metod från botten till topp skulle ta några miljoner år.
Motsatsen, från topp till botten, är teorin om diskinstabilitet. I denna modell är de protostellära skivorna som följer unga stjärnor gravitationsmässigt instabila. Med andra ord, de är för tunga för att underhållas och splittras därför i bitar, som utvecklas till planeter.
Teorin om kärntillväxt har funnits länge och den kan förklara många aspekter av hur vårt solsystem bildades. Diskinstabilitet kan dock bättre förklara några av de exoplanetära system vi har upptäckt under de senaste decennierna, till exempel de där en gasjätteplanet kretsar väldigt långt från sin värdstjärna.
Attraktionskraften med denna teori är att planetbildningen sker mycket snabbt, inom några tusen år, vilket överensstämmer med observationer som tyder på att planeter finns i mycket unga skivor.
Vår studie fokuserade på gasjätteplaneter som bildats via modellen för diskinstabilitet. De är tillplattade eftersom de bildas från komprimeringen av en redan platt struktur, den protostellära skivan, men också på grund av hur de roterar.
Även om dessa protoplaneter totalt sett är mycket tillplattade, är deras kärnor, som så småningom kommer att utvecklas till gasjätteplaneter som vi känner dem, mindre tillplattade – bara med cirka 20 %. Detta är bara dubbelt så mycket som Saturnus. Med tiden förväntas de bli mer sfäriska.
Steniga planeter, som jorden och Mars, kan inte bildas via diskinstabilitet. De tros bildas genom att sakta samla dammpartiklar till småsten, stenar, kilometerstora föremål och så småningom planeter. De är för täta för att kunna tillplattas avsevärt även när de är nyfödda. Det finns ingen möjlighet att jorden tillplattades i så hög grad när den var ung.
Men vår studie stöder en roll för diskinstabilitet i fallet med vissa världar i vissa planetsystem.
Vi går nu från eran av exoplanetupptäckter till eran av exoplanetkarakterisering. Många nya observatorier kommer att tas i drift. Dessa kommer att hjälpa till att upptäcka fler protoplaneter inbäddade i sina skivor. Förutsägelser från datormodeller blir också mer sofistikerade.
Jämförelsen mellan dessa teoretiska modeller och observationer för oss närmare och närmare att förstå vårt solsystems ursprung.
Tillhandahålls av The Conversation
Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln. 
