Chcesz zbudować obiekty niebieskie? Mam na myśli, że to brzmi łatwo - po prostu zaczynasz od dużej chmury pyłu i trącisz go tak, że zaczyna wirować i akretyzować, a kończysz gwiazdą z kilkoma pasmami pyłu pozostawionymi na orbicie, które nadal gromadzą się, tworząc planety.
Problem w tym, że proces ten nie wydaje się fizycznie możliwy - a przynajmniej nie można go odtworzyć w standardowych modelach teoretycznych i symulacjach laboratoryjnych. Wystąpił problem z początkowymi etapami akrecji na małą skalę.
Cząsteczki pyłu wydają się łatwo sklejać ze sobą, gdy są bardzo małe - dzięki van der Waalsowi i siłom elektrostatycznym - stale narastają, tworząc agregaty milimetrowe, a nawet centymetrowe. Ale kiedy osiągną ten rozmiar, siły lepkości stają się mniej wpływowe - a obiekty są wciąż zbyt małe, aby wygenerować znaczącą siłę przyciągania grawitacyjnego. Ich interakcja polega bardziej na odbijających się zderzeniach, które najczęściej powodują odłamywanie kawałków od odbijających się obiektów, dzięki czemu znów zaczynają się zmniejszać.
Jest to problem astrofizyczny zwany barierą miernika.
Ale coraz częściej teoretycy wymyślają sposoby na obejście bariery licznika. Po pierwsze, błędem może być założenie, że zaczynasz od jednolitej chmury pyłu, w której spontaniczna akrecja występuje wszędzie w całej chmurze.
Obecne myślenie polega na tym, że pobliska supernowa lub blisko migrująca gwiazda mogą wywołać ewolucję chmury pyłu w gwiezdne żłobek. Możliwe, że turbulencje w chmurze pyłu tworzą wiry i wiry, które sprzyjają lokalnej agregacji małych cząstek w większe cząstki. Zamiast przechodzić od jednolitej chmury pyłu do jednolitej kolekcji bardzo małych skał - istnieje tylko szansa na powstanie nagromadzonych obiektów tu i tam.
Lub możemy po prostu założyć pewną stochastyczną nieuchronność w stosunku do wszystkiego, co ma najmniejszą szansę na wydarzenie - w końcu na wydarzenie. W ciągu kilku milionów lat w obrębie ogromnej chmury pyłu, która może mieć średnicę kilkuset jednostek astronomicznych, możliwa staje się ogromna różnorodność interakcji - a nawet przy 99,99% prawdopodobieństwie, że żaden obiekt nie może się agregować do rozmiaru większego niż metr, jest to wciąż całkiem prawdopodobne, że tak się stanie gdzieś na tym rozległym terenie.
Tak czy inaczej, gdy masz już kilka nasion, zakłada się, że proces śnieżki przejmie kontrolę. Gdy zagregowany obiekt osiągnie pewną masę, jego bezwładność będzie oznaczać, że będzie mniej zaangażowany w przepływ turbulentny. Innymi słowy, obiekt zacznie poruszać się zamiast turbulentnego pyłu. W tych okolicznościach będzie się zachowywał jak kula śnieżna staczająca się po pokrytym śniegiem wzgórzu, zbierając pokrycie pyłu, gdy przebija się przez chmurę pyłu - zwiększając swoją średnicę w miarę przemieszczania się.
Czas potrzebny do zbudowania takich śnieżnobiałych planetozymali z promienia (Rśnieg) o długości od 100 metrów do 1000 kilometrów. Zastosowane modelowanie sugeruje przedział czasu (Tśnieg) wymagane jest od 1 do 10 milionów lat.
Możliwe jest również modelowanie formowania się planet wokół gwiazd podwójnych. Przy użyciu parametrów orbitalnych równoważnych z układem podwójnym Alpha Centauri A i B oblicza się, że proces śnieżki działa więcej wydajnie tak że Tśnieg to prawdopodobnie nie więcej niż 1 milion lat.
Po utworzeniu planetozymali o rozmiarach stu kilometrów nadal będą się angażować w zderzenia. Ale przy tej wielkości obiekty generują znaczną grawitację, a kolizje są bardziej konstruktywne - ostatecznie skutkują powstaniem planet z własnymi orbitującymi szczątkami, które następnie tworzą pierścienie i księżyce.
Istnieją dowody na to, że niektóre gwiazdy mogą formować planety (przynajmniej gazowe olbrzymy) w ciągu 1 miliona lat - np. GM Aurigae - podczas gdy nasz Układ Słoneczny mógł zająć spokojniejsze 100 milionów lat od narodzin Słońca do obecnej kolekcji skalistych, gazowych i lodowe planety całkowicie wydalone z pyłu.
Zatem w piekle istnieje więcej niż śnieżka, że teoria ta może przyczynić się do lepszego zrozumienia procesu powstawania planet.
Dalsza lektura: Xie i in. Od pyłu do planetyzmu: faza śnieżki?
