Teoria powstawania planet była dla naukowców czymś w rodzaju niezmiennej tajemnicy. Podczas gdy astronomowie dość dobrze rozumieją, skąd pochodzą układy planetarne - tj. Protoplanetarne dyski pyłu i gazu wokół nowych gwiazd (alias. „Teoria mgławicy”) - całkowite zrozumienie tego, w jaki sposób dyski te stają się w końcu obiektami wystarczająco dużymi, aby zapaść się pod ich własnym wpływem grawitacja pozostaje nieuchwytna.
Ale dzięki nowym badaniom zespołu naukowców z Francji, Australii i Wielkiej Brytanii wydaje się, że w końcu udało się znaleźć brakujący element układanki. Korzystając z serii symulacji, badacze wykazali, w jaki sposób „pułapki pyłu” - tj. Regiony, w których fragmenty wielkości kamieni mogą się zbierać i sklejać - są wystarczająco powszechne, aby umożliwić tworzenie planetozymali.
Ich badanie, zatytułowane „Samoindukowane pułapki na kurz: pokonywanie barier formacji planet”, pojawiło się niedawno w Miesięczne zawiadomienia Royal Astronomical Society.Kierowany przez dr Jean-Francois Gonzalez - z Lyon Astrophysics Research Centre (CRAL) we Francji - zespół zbadał kłopotliwy środkowy etap formacji planetarnej, który nękał naukowców.
Do niedawna dobrze poznano proces, w którym protoplanetarne dyski pyłu i gazu agregują się, tworząc obiekty wielkości peddle, oraz proces, w którym planetozymale (obiekty o średnicy stu metrów lub więcej) tworzą rdzenie planetarne. Ale proces łączący te dwa elementy - w którym kamyki łączą się, tworząc planetozymale - pozostaje nieznany.
Częścią problemu był fakt, że Układ Słoneczny, który od wieków był naszym jedynym punktem odniesienia, powstał miliardy lat temu. Ale dzięki niedawnym odkryciom (3453 potwierdzonych egzoplanet i ich liczeniu) astronomowie mieli wiele okazji do badania innych układów znajdujących się na różnych etapach formowania. Jak wyjaśnił dr Gonzalez w komunikacie prasowym Royal Astronomical Society:
„Do tej pory staraliśmy się wyjaśnić, w jaki sposób kamyki mogą się łączyć, tworząc planety, a jednak odkryliśmy ogromną liczbę planet na orbicie wokół innych gwiazd. To nas zastanowiło, jak rozwiązać tę tajemnicę. ”
W przeszłości astronomowie wierzyli, że „pułapki pyłu” - które są integralną częścią formowania się planet - mogą istnieć tylko w niektórych środowiskach. W tych obszarach o wysokim ciśnieniu duże ziarna pyłu są spowalniane do punktu, w którym mogą się spotkać. Regiony te są niezwykle ważne, ponieważ przeciwdziałają dwóm głównym przeszkodom w formowaniu się planet, którymi są zderzenia i szybkie zderzenia.
Opór jest spowodowany wpływem gazu na ziarna pyłu, co powoduje ich spowolnienie i ostatecznie dryfowanie do gwiazdy centralnej (gdzie są one zużywane). Jeśli chodzi o kolizje z dużą prędkością, powoduje to, że duże kamyki zderzają się ze sobą i rozpadają, odwracając w ten sposób proces agregacji. Dlatego potrzebne są pułapki przeciwpyłowe, aby zapewnić spowolnienie ziaren pyłu na tyle, aby nie unicestwiały się podczas zderzenia.
Aby zobaczyć, jak powszechne są te pułapki, dr Gonzalez i jego koledzy przeprowadzili serię symulacji komputerowych, które wzięły pod uwagę, jak pył w dysku protoplanetarnym może wywierać opór na element gazowy - proces znany jako „reakcja aerodynamiczna na wstrząsy ”. Podczas gdy gaz zwykle ma zatrzymujący wpływ na cząstki pyłu, szczególnie w zakurzonych pierścieniach, może być odwrotnie.
Do niedawna efekt ten był w dużej mierze ignorowany przez astronomów, ponieważ generalnie jest on bardzo nieznaczny. Jednak, jak zauważył zespół, jest to ważny czynnik w dyskach protoplanetarnych, o których wiadomo, że są niezwykle zapylonym środowiskiem. W tym scenariuszu reakcja zwrotna polega na spowolnieniu poruszających się do wewnątrz ziaren pyłu i wypchnięciu gazu na zewnątrz, gdzie tworzą obszary wysokiego ciśnienia - tj. „Pułapki pyłu”.
Po uwzględnieniu tych efektów ich symulacje pokazały, jak planety formują się w trzech podstawowych etapach. W pierwszym etapie ziarna pyłu rosną i przemieszczają się do wewnątrz w kierunku gwiazdy centralnej. W drugim przypadku większe ziarno wielkości kamyka gromadzi się i zwalnia. W trzecim i ostatnim etapie gaz jest wypychany na zewnątrz przez reakcję wsteczną, tworząc obszary, w których gromadzi się pył.
Pułapki te umożliwiają następnie agregację kamyków w celu utworzenia planetozymali, a ostatecznie światów wielkości planet. Dzięki temu modelowi astronomowie mają solidne wyobrażenie o tym, jak formacja planetarna przechodzi od zakurzonych dysków do zbliżających się planetozymali. Oprócz rozwiązania kluczowego pytania o to, jak powstał Układ Słoneczny, tego rodzaju badania mogą okazać się niezbędne w badaniach egzoplanet.
Obserwatoria naziemne i kosmiczne zauważyły już obecność ciemnych i jasnych pierścieni, które formują się w dyskach protoplanetarnych wokół odległych gwiazd - które uważa się za pułapki pyłu. Systemy te mogą zapewnić astronomom szansę przetestowania tego nowego modelu, gdy obserwują, jak planety powoli się łączą. Gonzalez wskazał:
„Byliśmy podekscytowani odkryciem, że przy odpowiednich składnikach pułapki na kurz mogą tworzyć się spontanicznie w wielu różnych środowiskach. Jest to proste i niezawodne rozwiązanie długotrwałego problemu w formowaniu się planet ”.
