Het buitenste zonnestelsel wordt bevolkt door een bijzondere klasse van ijzige objecten die de bijnaam ‘ruimtesneeuwmannen’ krijgen: planetesimalen die zijn samengesteld uit twee samengevoegde bollen. Een nieuwe studie van de Michigan State University biedt een plausibele verklaring voor hun vorming, en suggereert dat ze niet voortkomen uit gewelddadige botsingen, maar uit zachte samensmeltingen binnen wervelende wolken van kosmisch stof.
Het mysterie van binaire contactbestanden
Voorbij Neptunus, in de ijskoude uitgestrektheid van de Kuipergordel, liggen overblijfselen uit de begindagen van het zonnestelsel: planetesimalen. Deze ijzige bouwstenen zijn waarschijnlijk ontstaan in roterende schijven van stof en kiezelstenen die rond de jonge zon draaien. In 2019 leverde NASA’s New Horizons-missie de eerste close-ups op van deze sneeuwpopachtige structuren, bekend als contactdubbelsterren. Schattingen suggereren dat tussen de 10% en 25% van de planetesimalen in deze regio deze dubbelbolconfiguratie zouden kunnen vertonen, maar het precieze mechanisme achter hun creatie bleef ongrijpbaar.
Eerdere theorieën schoten tekort
Eerdere pogingen om contact-binaire formatie te modelleren waren gericht op directe botsingen tussen planetesimalen. Deze simulaties leverden echter consequent perfect bolvormige resultaten op, waardoor de waargenomen sneeuwpopvormen niet konden worden verklaard. Het probleem was de vereenvoudiging van planetesimalen als enkelvoudige, grote lichamen in plaats van aggregaten van kleinere deeltjes.
Een nieuwe aanpak: deeltjeswolken simuleren
Onderzoekers onder leiding van Jackson Barnes kozen voor een meer rekenintensieve aanpak. In plaats van botsingen te modelleren, simuleerden ze planetesimalen als wolken van individuele kiezelstenen die op elkaars oppervlak rustten. Met deze methode konden ze observeren hoe deze wolken zich gedroegen terwijl ze ronddraaiden en samenvloeiden.
Uit de simulaties bleek dat de ronddraaiende wolken onder bepaalde omstandigheden in twee afzonderlijke planetesimalen zouden splitsen voordat ze samensmolten. Deze binaire planetesimalen draaiden vervolgens naar binnen als gevolg van de wederzijdse zwaartekracht, waarbij ze zachtjes samensmolten om een contactdubbelster te vormen. Dit model creëert niet alleen bolvormige vormen, maar ook platte, sigaarvormige en, cruciaal, sneeuwmanvormige planetesimalen, afhankelijk van de snelheid van de deeltjes en de sterkte van hun in elkaar grijpende krachten.
Stabiliteit op lange termijn en toekomstig onderzoek
Eenmaal gevormd kunnen deze losjes verbonden paren miljarden jaren stabiel blijven, omdat de enorme afstanden in de buitenste delen van het zonnestelsel het risico op ontwrichtende botsingen minimaliseren. Huidige simulaties suggereren dat contactdubbelsterren ongeveer 4% van de planetesimalen uitmaken, iets minder dan geschat. Het team van Barnes is van mening dat het vergroten van de complexiteit van hun simulaties, door het toevoegen van meer deeltjes en groottebereiken, de nauwkeurigheid zou kunnen verfijnen.
“Dit is iets dat we momenteel in meer detail onderzoeken, met specifiek respect voor de creatie van drievoudige systemen en hun relatie tot de huidige waargenomen populatie van relict-triples in de Kuipergordel.”
Het onderzoek wijst ook op het potentieel voor nog complexere structuren, zoals drievoudige planetesimale systemen, die enkele van de waargenomen groeperingen in de Kuipergordel kunnen verklaren. Dit model biedt een duidelijker beeld van hoe deze ongewone objecten zich vormen en blijven bestaan in de verre uithoeken van ons zonnestelsel.
