Według obliczeń zespołu astrofizyków, elementy budulcowe nowych planet mogą powstawać łatwiej niż wcześniej sądzono.
Nowe planety powstają z wirujących wokół młodych gwiazd obłoków pyłu i gazu. Cząsteczki pyłu w tych dyskach protoplanetarnych stopniowo łączą się w ziarna, a następnie formują planetozymale. Te planetozymale, które mają nawet kilka kilometrów szerokości, mają potencjał stać się podstawą dla nowych światów.
Astronomowie wciąż zastanawiają się, jak dokładnie przebiega każdy z tych etapów. Na przykład, powstawanie planetozymali może mieć miejsce, gdy ziarna pyłu zderzają się i łączą, co jest procesem nazywanym koagulacją.
Innym podejściem jest to, że opór, jaki stawiają ziarna pyłu podczas poruszania się przez dysk protoplanetarny, może powodować skupienie pyłu w luźne grudki, w procesie znanym jako niestabilność strumieniowa. Ryosuke Tominaga z Laboratorium Formowania Gwiazd i Planet RIKEN wyjaśnił, że jeśli te grudki są wystarczająco masywne, planety mogą powstać w wyniku samograwitacyjnego zapadania się grudek.
Aby ocenić względne znaczenie tych dwóch procesów w formowaniu się planet, Tominaga i Hidekazu Tanaka z Uniwersytetu Tohoku w Sendai w Japonii stworzyli model fizyczny do symulacji zachowania ziaren pyłu w dyskach protoplanetarnych.
Na podstawie wcześniejszych symulacji formowania się planet, ich model uwzględniał szereg czynników, takich jak prędkość i lepkość ziaren pyłu. Na przykład, jeśli ziarna zderzają się zbyt szybko, mogą się rozpadać zamiast tworzyć większe ziarna.
Niektóre badania sugerują, że ziarna pyłu nie są tak lepkie i że ich wzrost może być ograniczony przez fragmentację w obszarach powstawania planet ze względu na duże prędkości zderzeń – powiedział Tominaga. Uważa się, że jest to jedna z barier uniemożliwiających wzrost pyłu w kierunku planetozymali.
Model Tominagi i Tanaki oszacował, ile czasu zajmie ziarnom pyłu wzrost w wyniku koagulacji, i porównał to ze skalą czasową zlepiania się w wyniku niestabilności strumienia.
Model wykazał, że oba procesy zachodzą w podobnym tempie. Rzeczywiście, procesy zbrylania i koagulacji pomagają sobie nawzajem szybko postępować, działając jak pętla dodatniego sprzężenia zwrotnego.
Wzrost pyłu zwiększa wydajność zbrylania, podczas gdy silniejsze zbrylanie promuje wzrost pyłu – powiedział Tominaga. Przewiduje się, że to sprzężenie zwrotne sprzyja powstawaniu planet.
Efekt ten dotyczy zarówno ziaren pyłu lodowego, jak i ziaren krzemianowych, które bardziej przypominają piasek.
Obecnie model pozwala na bardzo uproszczone oszacowanie wzrostu pyłu – wyjaśnia Tominaga. Wyraża nadzieję, że będzie mógł przeprowadzić bardziej precyzyjne symulacje numeryczne, aby uzyskać bardziej szczegółowy obraz procesów formowania się planet.
Wyniki badań zostały opublikowane w The Astrophysical Journal.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- Dust grains clump together quickly to seed new planets
- Rapid Dust Growth during Hydrodynamic Clumping due to Streaming Instability
Źródło: RIKEN
Na ilustracji: Wizja artystyczna przedstawiająca młodą gwiazdę otoczoną dyskiem protoplanetarnym, w którym ziarna pyłu gromadzą się, tworząc planetozymale – elementy budulcowe nowych planet. Źródło: ESO/L. Calçada
