Forskningen, publicerad i _Astrophysical Journal_, ger den första detaljerade titten på hur dessa avlägsna, havsbärande världar kan ha blivit till.
"Tidigare teoretiska studier har föreslagit hur dessa satelliter kunde ha bildats från den ursprungliga protoplanetariska skivan, men vi hade inte gjort de detaljerade beräkningarna som krävdes för att se om denna bildningsmekanism verkligen skulle fungera", säger studiens medförfattare Alexandra Craddock, en postdoktorand forskare vid Browns institution för jord-, miljö- och planetvetenskap. "Här visar vi hur processen kunde ha fungerat i 3D."
För sina beräkningar använde forskarna en sofistikerad datorkod som heter AREPO som tidigare hade använts för att simulera skivbildning och planetmigrering i det inre solsystemet. De började med att simulera en relativt tunn skiva av material runt en ung sol som sträckte sig ut till där Jupiter så småningom skulle bildas.
Inom denna skiva sådde de små, steniga "embryon" som så småningom skulle växa till planeter. De sådde också skivan med mycket små dammpartiklar som gradvis skulle växa till större isiga kroppar genom kollisioner och stickning.
Med tiden gjorde interaktioner mellan de växande planeterna och skivan, såväl som mellan planeterna själva, att Jupiter och dess steniga kärna vandrade inåt.
"När Jupiter migrerade inåt störde det skivmaterialet som fanns bortom det", säger studiens huvudförfattare Anders Johansen, professor vid Browns avdelning för jord-, miljö- och planetvetenskap. "I huvudsak rensade Jupiter ett hål i skivan."
På vardera sidan av denna rensade väg observerade forskarna att de isiga dammpartiklarna kolliderade och började "känna" varandras gravitation - vilket ledde till större kollisioner och snabb tillväxt.
"I dessa regioner gick ansamlingen av isigt material mycket snabbt," sa Johansen. "På bara några tiotusentals år kan månar av storleken Europa eller Callisto bildas."
Teamet blev förvånade över att se hur snabbt de iskalla månarna växte.
"Vi förväntade oss inte att satelliter skulle bildas så snabbt, särskilt på de yttersta delarna av skivan där omloppstiden är lång," sa Johansen. "Detta är förmodligen vad som också hände i de protoplanetära skivorna runt andra stjärnor, och kan förklara varför vi nu ofta hittar stora isiga månar som kretsar kring jätteplaneter."
Det finns fortfarande mycket som forskarna inte vet om bildandet av satelliter i våra egna och andra solsystem, noterade Johansen, och det finns ännu inget sätt att direkt observera dessa processer.
"Men med modeller som den här kan vi simulera de förhållanden som sannolikt fanns i det tidiga solsystemet och börja förstå hur planeterna och månarna som fyller det kom till," sa han.
