Uważa się, że skaliste planety, takie jak Ziemia, zaczęły się, gdy pył krąży wokół nowo narodzonych gwiazd, a wskazówki dotyczące pochodzenia takiego pyłu docierają do nas w dzisiejszych meteorytach i kometach, a także w obserwacjach dysków gwiazdowych wokół młodych gwiazd.
Ale tajemnica przesłaniała szczegóły ewolucji pyłu i tego, jak ostatecznie tworzy się większe obiekty. Teraz dwa artykuły w czasopiśmie Natura proponują nowy mechanizm, aby to wyjaśnić.
Nowy mechanizm opiera się na szokujących ziarnach pyłu krystalicznego, które w jakiś sposób migrowały z miejsca, w którym zostały utworzone - prawdopodobnie blisko Słońca - do zewnętrznego Układu Słonecznego. W konsekwencji taki sam proces powinien przebiegać wokół innych młodych gwiazd.
Aby wyjaśnić migrację, zaproponowano trzy wcześniejsze hipotezy, ale żadna z nich nie była całkiem odpowiednia. Obejmowały one, według fizyka Dejana Vinkovicia z uniwersytetu w Splicie w Chorwacji, mieszanie burzliwe, balistyczny start cząstek w gęsty wiatr powstały w wyniku interakcji dysku akrecyjnego z polem magnetycznym młodej gwiazdy (zwanym modelem wiatru X) oraz mieszanie za pośrednictwem przejściowych ramion spiralnych w dyskach nieznacznie niestabilnych grawitacyjnie. Vinkovic jest głównym autorem jednego z nich Natura dokumenty tożsamości.
„Mieszanie turbulentne wymaga źródła efektywnej turbulentnej lepkości, a niestabilność magnetorotacyjna jest przywoływana jako najbardziej obiecujący kandydat, ale duże odcinki dysku uważa się za niewystarczająco zjonizowane, aby utrzymać tę niestabilność aktywną”, napisał. „Model X-wiatr opiera się na teoretycznym pojęciu konfiguracji pola magnetycznego w bezpośrednim sąsiedztwie gwiazd poprzedzających sekwencję główną i pokłada duże nadzieje w przyszłych obserwacjach, aby rozwiązać ten problem”.
I wreszcie: „Model ramion spiralnych jest przedmiotem dyskusji na temat tego, czy leżące u podstaw liczby, przybliżenia fizyczne i założenia dotyczące warunków początkowych są wystarczająco realistyczne, aby wyniki były wiarygodne”.
W drugim artykule Peter Abraham z Węgierskiej Akademii Nauk i jego koledzy znajdują sygnaturę krystalicznego pyłu po rozbłysku młodej gwiazdy, podczas gdy dane archiwalne nie wykazały go przed rozbłyskiem.
Artykuł Vinkovic bada mieszanie dużych krystalicznych cząstek pyłu w mgławicy protoplanetarnej wokół młodego Słońca.
Siła wytwarzana przez światło padające na przedmiot jest dobrze znanym zjawiskiem zwanym ciśnieniem promieniowania. Nie czujemy tego w codziennym życiu, ponieważ jesteśmy zbyt masywni, aby ten efekt był zauważalny. Z drugiej strony w przypadku bardzo małych cząstek siła ta może być większa nawet od grawitacji, która utrzymuje cząstki na orbicie wokół gwiazdy. Dotychczasowe badania koncentrowały się wyłącznie na ciśnieniu promieniowania spowodowanym przez światło gwiazd. Wyniki pokazały, że pojedyncze ziarna nie przemieszczałyby się daleko i zostałyby zepchnięte głębiej w dysk.
Vinkovic informuje, że promieniowanie podczerwone powstające z zakurzonego dysku może wyciągać ziarna większe niż jeden mikrometr z wewnętrznego dysku, gdzie są one wypychane na zewnątrz przez promieniowanie gwiazdowe podczas przesuwania się nad dyskiem. Ziarna ponownie wchodzą do tarczy w promieniach, w których jest zbyt zimno, aby wytworzyć wystarczające wsparcie ciśnienia promieniowania podczerwonego dla danego rozmiaru ziarna i gęstości ciała stałego.
Jednak Vinkovic zwraca uwagę, że świeci nie tylko gwiazda, ale także dysk. Badając wpływ na ziarna pyłu protoplanetarnego większe niż jeden mikrometr, co jest porównywalne z wielkością cząstek dymu papierosowego, Vinkovic odkrył, że intensywne światło podczerwone z najgorętszych obszarów dysku protoplanetarnego jest w stanie wypchnąć taki pył z dysku. Promieniowanie podczerwone to to, co odczuwamy jako „ciepło” na naszej skórze. Połączenie ciśnienia promieniowania z gwiazdy i dysku tworzy siłę netto, która umożliwia ziarenom pyłu surfowanie wzdłuż powierzchni dysku od wewnętrznych do zewnętrznych obszarów dysku.
Temperatury w tym gorącym obszarze osiągają około 1500 stopni Kelvina (2200 stopni Fahrenheita), co wystarcza do odparowania cząstek stałych pyłu lub do zmiany ich budowy fizycznej i chemicznej. Mechanizm, który Vinkovic opisuje w swojej pracy, przenosi tak zmienione cząsteczki pyłu do zimniejszych obszarów dysku od gwiazdy. To może wyjaśnić, dlaczego komety zawierają zagadkową kombinację lodów i cząstek zmienianych w wysokich temperaturach. Astronomowie byli zakłopotani tą mieszaniną, ponieważ komety powstają w zimnych strefach dyskowych z zamrożonych substancji, takich jak woda, dwutlenek węgla lub metan. Dlatego też oczekuje się, że skaliste cząsteczki pyłu zmieszane z lodami nigdy nie będą miały wysokich temperatur.
W artykule wstępnym towarzyszącym badaniom astrofizyk z University of Missouri, Aigen Li, napisał, że pochodzenie krystalicznych krzemianów w kometach „było przedmiotem dyskusji od ich pierwszego wykrycia 20 lat temu”.
Chociaż w nowej teorii obiecują Li tout, „Ciekawe byłoby, czy inne mechanizmy, takie jak mieszanie turbulentne i model„ X-wind ”skutecznie przenosiłyby ziarna submikrometryczne, które są wydajnymi emiterami średniej podczerwieni, na zewnątrz i włączały je do komety ”- napisał. „Możliwe jest również, że niektóre - ale nie wszystkie - krystaliczne krzemiany są wytwarzane in situ w kometarnych śpiączkach.”
Źródło: komunikat prasowy Vinkovic. Obejrzyj krótką animację pokazującą działanie nowo zaproponowanego mechanizmu ruchu pyłu.
