Ay, Güneş Sistemi'nin erken döneminde Dünya ile Mars büyüklüğünde bir proto gezegen arasındaki dev çarpışmanın ardından saatler içinde oluşmuş olabilir. Kuram, genç proto gezegenlerin iç sıcaklığının jeolojik özelliklerini ve dolayısıyla yaşadıkları çarpışmaları nasıl etkilediğini dikkate alan yeni simülasyonlardan geliyor.
Bu dev çarpışma senaryosu, özellikle gezegen bilimci Robin Canup'un çalışmaları sayesinde Ay'ın oluşumunun önde gelen kuramı haline geldi. 2001'den beri Theia adı verilen Mars büyüklüğündeki cismin, proto-Dünya çevresinde enkazı yörüngeye fırlatacak doğru açıyla çarpışmasını anlatan çok sayıda bilgisayar simülasyonu yürüttü ve geliştirdi.
Şimdi başka araştırmacılar da bu alana dahil oldu. Güneybatı Araştırma Enstitüsü'nden Adeene Denton, çarpışan dünyaların jeolojik özelliklerini daha fazla dikkate alan, şimdiye kadarki en ayrıntılı simülasyonlardan bazılarını gerçekleştiren bir ekibe liderlik etti.
Denton açıklamasında şöyle dedi: "Modeller, malzeme mukavemetini de içerecek şekilde gelişti; bu, asteroitler gibi daha küçük cisimler arasındaki çarpışmaları incelerken ya da Pluto-Charon sisteminin oluşumu hakkındaki önceki makalem için gerçekten önemli bir şey." "Ay için de önemli olup olmadığından emin değildik. Simülasyonları yaptığımızda aslında oldukça önemli olduğunu gördük."
Sıcak cisimlerin soğuk olanlara göre daha zayıf olduğu ortaya çıktı. Gezegenler oluşumlarının ardından içten hâlâ sıcaktı ve bu durum malzeme mukavemetlerini etkilemiş olurdu. Ay'ı oluşturan çarpışmanın Güneş Sistemi'nin oluşumundan çok kısa bir süre sonra gerçekleştiği göz önüne alındığında, bu durum Theia ile olan çarpışmayı etkilemiş olurdu; ancak etki derecesi çarpışmanın tam olarak ne zaman gerçekleştiğine ve Theia'nın ne kadar soğuduğuna bağlıdır.
As Theia Dünya'ya çarptığında tamamen yok edildi. Theia'nın parçalanmış demir çekirdeğinin büyük bir kısmı Dünya'ya battı, geriye kalan büyük bir enkaz halkası Dünya çevresinde dolanarak Ay'ı oluşturdu.
Theia'nın dış birkaç yüz milinde sıcaklığın daha yüksek olmasının ana etkisi, çarpışma sırasında deformasyon yeteneğini ve çarpışmanın momentumunu absorbe etme biçimini etkilemesiydi. Bu da enkazın Ay'ı oluşturmak üzere Dünya çevresinde nasıl saçıldığını etkiledi. Değişen sıcaklıkları ve malzeme mukavemetlerini simülasyonlara dahil ederek Denton'un ekibi, çarpışmanın ve Ay'ın sonuçta oluşmasının nasıl gerçekleştiğine dair daha iyi bir bakış elde edebildi.
Önceki simülasyonlar iki olası senaryo gösterdi. Birinde enkaz halkası uzun süre kaldı ve Ay'ın ondan kademeli olarak birikmesine izin verdi. Diğer senaryo ise ilk olarak 2022'de NASA öncülüğündeki simülasyonlarda gösterildi ve Ay'ın bu enkazdan saatler içinde bir araya geldiğini ima ediyor.
Şimdi Denton'un modelleri bu şaşırtıcı olasılığı güçlendiriyor olabilir.
Eğer Theia daha soğuk olsaydı, yani çarpışma gezegenlerin doğumundan yaklaşık 100 ila 150 milyon yıl sonra, daha geç bir dönemde gerçekleşseydi, enkaz halkası Ay'ın kademeli olarak birikmesine izin verecek şekilde oluşacaktı. Ve daha güçlü olduğu için Theia'nın daha fazlası sağlam kalarak Dünya ile birleşecekti.
Öte yandan, gezegenlerin oluşumundan 60 milyon yıldan daha az bir süre sonra Dünya'ya çarpan daha sıcak bir Theia, Ay'ın çok hızlı oluşabileceği ancak Theia'nın kendisinin yok edileceği bir senaryo yaratırdı.
Denton dedi ki: "Çarpışma öncesinde Dünya ve Theia ne kadar sıcaksa, çarpışma Theia'yı yok edebilir ve sonunda Ay'ı oluşturan bu devasa enkaz diski üretebilir." "Ama orijinal çarpışma modellemesiyle aynı parametreleri kullandığımda — her iki cisim içindeki eşit sıcaklık yapısına kadar — yaklaşık 5 saat içinde sağlam bir Ay ortaya çıktı."
Bu, gezegenimizin tarihinde yeni bir Ay edinmek ve bir anda tarifsiz bir baş ağrısı yaşamak anlamına gelen oldukça çalkantılı bir gün olurdu.
Bu çalışmaya dahil olmayan Güneybatı Araştırma Enstitüsü'nden Robin Canup şöyle söyledi: "Bu şaşırtıcı ve heyecan verici yeni sonuçlar, Ay'ın günümüzdeki fiziksel özellikleri arasında muhtemelen uçucu içeriği de dahil olmak üzere, dev çarpışma anındaki Dünya ve Theia'nın termal durumu ile potansiyel bir bağlantıyı ima ediyor." "Bu da bilim insanlarının Ay'ı oluşturan olayın ne zaman gerçekleştiğini daha iyi sınırlamasına yardımcı olabilir."
Her iki senaryoda da Ay'ın büyük ölçüde Theia'nın manto malzemesinden oluştuğu, sadece biraz Dünya manto karışımı ile görünüyor. Ay'ın bileşimi ile Dünya mantosu arasındaki benzerlikler göz önüne alındığında bu son bulgu şaşırtıcı. Bununla birlikte araştırmalar, benzerliklere rağmen izotop seviyelerindeki açıklanamayan bazı şaşırtıcı farklılıkların mevcut simülasyonlarla, Denton'un simülasyonları da dahil olmak üzere kolayca açıklanamadığını gösteriyor.
Simülasyonların öteay arayışında da sonuçları olabilir. Ay saatler içinde oluşmuşsa, karasal ötegezegenler çevresindeki öteay oluşturan diskleri aramak boşa bir çaba olabilir çünkü bu tür diskler çok kısa ömürlü olurdu. Ancak gaz devi ötegezegenler çevresindeki Ay oluşturan diskler farklı bir meseledir; çünkü bu diskler çarpışmalardan değil, bu gezegenlerin oluşumundan kalan malzemeden oluşur.
Sonuçlar 1 Eylül'de The Astrophysical Journal Letters'ta yayımlandı.
